一种紫外激光变倍扩束系统及激光加工设备的制作方法
【专利摘要】本发明适用于激光加工领域，提供了一种紫外激光变倍扩束系统，包括第一、二、三透镜；第一、三透镜为平凸正透镜，第二透镜为凸凹负透镜；第一、二、三透镜分别包括第一、二曲面，第三、四曲面及第五、六曲面；第一至六曲面的曲率半径为∞，-30，10，2.2，∞，-81；第一至三透镜的中心厚度为2，1，4；第一第三透镜的外径为10，3，34；第一至三透镜的折射率与阿贝数的比例为1.57：41，1.48：68，1.57：41；第二、三曲面的间距为6~37；第四、五曲面的间距为114~125，单位mm，公差为5%。该系统可将入射光扩束2~16倍，可适应不同出射直径及发散角的激光器，提高了激光加工的效率及精度。
【专利说明】一种紫外激光变倍扩束系统及激光加工设备
【技术领域】
[0001]本发明属于激光加工【技术领域】，尤其涉及一种紫外激光变倍扩束系统及激光加工设备。
【背景技术】
[0002]在激光加工领域，激光束的出光直径O都很小(约为1mm)，若直接聚焦如此细的光束，其瑞利斑就会很大。根据瑞利斑公式:S =2.44 X f/D，其中，5为瑞利斑的直径，D为聚焦镜的入瞳直径，f?为焦距。可见:D越小，8越大，其聚焦点的能量越弱，这样会大大降低系统的加工精度。因此，用于激光加工的光学系统一般都要配用扩束镜，将出自激光器的细光束进行扩束，然后再供激光加工聚焦镜进行聚焦。
[0003]根据拉氏不变量(Iagrange)定理:J=nD 0 =Ii' D' 0 ',其中:n和n'分别表示光学系统的物方和像方介质的折射率，当物方和像方介质均为空气时，n=n' =1;D和D'分别表不光学系统的入瞳直径和出瞳直径；Q和9'表不入射光和出射光的视场角，当视场角很小时，可以用弧度来表示。由上式可见，当0较大时，可通过扩束镜将光束放大P=D/D'倍，以用于激光加工。
[0004]在激光加工时，许多加工对象所适用的激光波长\是不同的，如A =1064nm ；入=532nm ； A =266nm等，因此便出现了适应不同波长的激光器的各种光学扩束镜，同时要求光学扩束镜的使用范围越大越好，即同一扩束镜可以配合不同的应用环境，如不同的激光器出瞳直径、发散角等，另外也要求其能够配合不同的激光加工聚焦镜达到理想的耦合。因此，变倍扩束镜便成为激光加工领域的研究热点。目前常用的可变倍率的扩束镜多为2X~8X，变倍数值小，不能很好的满足激光加工的需要。在要求大倍率扩束时，只好使用定倍扩束镜，无法通过一个扩束镜实现多种倍率扩束要求，为激光加工带来了不便，影响了激光加工的效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种紫外激光变倍扩束系统，旨在解决现有扩束镜扩束能力有限，适应范围小的问题。
[0006]本发明是这样实现的，一种紫外激光变倍扩束系统，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜和第三透镜均为平凸型正透镜，所述第二透镜为凸凹型负透镜；
[0007]所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面；所述第一至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；
[0008]所述第一至第六曲面的曲率半径依次为
[0009]所述第一至第三透镜的中心厚度依次为:2mm, lmm,4mm ;
[0010]所述第一至第三透镜的外径依次为:10mm, 3mm, 34mm ;[0011]所述第一至第三透镜的折射率与阿贝数的比例依次为:1.57:41,1.48:68,1.57:41 ；
[0012]所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为6~37!11111;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为114~125mm。[0013]各所述曲率半径、中心厚度、外径、折射率与阿贝数的比例以及各所述间距的公差范围均为5%。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种激光加工设备，包括紫外激光器、用于对所述紫外激光器发出的激光进行扩束的扩束系统，以及用于将经过扩束后的光束进行聚焦的聚焦镜，所述扩束系统采用所述的紫外激光变倍扩束系统。
[0015]本发明通过对该扩束系统的各透镜进行上述设计后，使该系统可以将入射的紫外激光光束扩大为原来的疒16倍，其扩束范围极大的超过了传统的扩束镜，可适应更多不同出射直径及发散角的紫外激光器，进而扩大了该扩束系统的使用范围，提高了激光加工的效率。并且，该系统的最大扩束倍数高于传统扩束镜的扩束倍数，使得光束的整形效果更好，进而有效改善了光束的聚焦效果，有利于提高激光加工的精度。
[0016]由于该扩束系统具有较大的变倍范围，适应性更强，使采用该扩束系统的激光加工设备具有更高的加工精度及更高的加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的结构示意图；
[0018]图2是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的聚焦点弥散图；
[0019]图3是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的传递函数曲线图；
[0020]图4是本发明实施例紫外激光变倍扩束系统的能量集中度曲线图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述:
[0023]图1示出了本发明实施例提供的紫外激光变倍扩束系统的结构示意图，为了便于说明，仅不出了与本实施例相关的部分。
[0024]该紫外光变倍扩束系统主要适用于紫外光扩束，特别是355nm的紫外光。如图1，该系统包括沿入射光线的传输方向共轴设置的第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3。第一透镜LI为平凸型正透镜，第二透镜L2为凸凹型负透镜，第三透镜L3为平凸型正透镜。其中，第一透镜LI包括沿着入射光线的传输方向排布的第一曲面SI和第二曲面S2,即第一曲面SI和第二曲面S2分别作为光入射面和光出射面。同样的，第二透镜L2包括第三曲面S3和第四曲面S4，第三透镜L3包括第五曲面S5和第六曲面S6。入射光线沿着第一曲面SI向第六曲面S6的方向传输,经过整个扩束系统后得以扩束放大。
[0025]在该系统中，第一透镜LI的第一曲面SI为平面，曲率半径为①，第二曲面S2相对于第一曲面SI向外凸出，曲率半径为-30mm，其中，负号表示曲面的球心位于曲面的物方空间，正号(本实施例中不带有负号标记的即为正)表示曲面的球心位于曲面的像方空间，以下同理。另外，第一透镜LI的中心厚度dl (即第一透镜LI在光轴上的厚度)为2mm，外径Dl为10mm。第一透镜LI的折射率Ndl与阿贝数Vdl的比例为1.57:41。上述各参数并非唯一选择，均存在5%的公差范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
[0026]第二透镜L2的第三曲面S3向物方凸出，曲率半径为10mm，第四曲面S4同样向物方凸出，但相对于第三曲面S3内凹，曲率半径为2.2mm，第二透镜L2的折射率Nd3与阿贝数Vd3的比例为1.48:68，且第二透镜L2的中心厚度d3为1_，外径D2为3_。第二透镜L2的各参数的公差范围仍为5%。
[0027]第三透镜L3的第五曲面S5为平面，曲率为⑴，第六曲面S6相对第五曲面S5向外凸出，曲率半径为-81mm，第三透镜L3的折射率Nd5与阿贝数Vd5的比例为1.57:41，中心厚度d5为4mm，外径D3为34mm。第三透镜L3的各参数的公差范围同为5%。
[0028]并且，本发明对第一透镜LI和第二透镜L2之间的距离，以及第二透镜L2与第三透镜L3之间的距离进行了限定，具体的，第一透镜LI的出射面(第二曲面S2)与第二透镜L2的入射面(第三曲面S3)在光轴上的间距d2为6~37mm，公差为5%，第二透镜L2的出射面(第四曲面S4)与第三透镜L3的入射面(第五曲面S5)在光轴上的间距d4为114~125mm，公差为5%。
[0029]以下通过表格对上述方案进行更加清晰的说明:
[0030]表1紫外激光变 倍扩束系统的结构参数
[0031]
【权利要求】
1.一种紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜和第三透镜均为平凸型正透镜，所述第二透镜为凸凹型负透镜； 所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面；所述第一至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布； 所述第一至第六曲面的曲率半径依次为:°°，-30mm, 10mm, 2.2mm, 00, -81mm ； 所述第一至第三透镜的中心厚度依次为:2mm, lmm, 4mm ； 所述第一至第三透镜的外径依次为:10mm, 3mm, 34mm ； 所述第一至第三透镜的折射率与阿贝数的比例依次为:1.57:41,1.48:68,1.57:41 ； 所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为6?37mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为114?125mm。 各所述曲率半径、中心厚度、外径、折射率与阿贝数的比例以及各所述间距的公差范围均为5%。
2.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为36.9mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为114.3mm。
3.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为32.6mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为118.8mm。
4.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为27.8mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为120mm。
5.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为23.3mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为120.5mm。
6.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为19.6mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为120.8mm。
7.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为14.4mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为121.lmm。
8.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为9.8mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为121.3mm。
9.如权利要求1所述的紫外激光变倍扩束系统，其特征在于，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为6mm ;所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为121.4mm。
10.一种激光加工设备，包括紫外激光器、用于对所述紫外激光器发出的激光进行扩束的扩束系统，以及用于将经过扩束后的光束进行聚焦的聚焦镜，其特征在于，所述扩束系统采用权利要求1、任一项所述的紫外激光变倍扩束系统。
【文档编号】B23K26/36GK103576317SQ201210248607
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月18日 优先权日:2012年7月18日
【发明者】李家英, 周朝明, 孙博, 陈玉庆, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司