一种激光能量聚焦装置的制作方法

本实用新型涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光能量聚焦装置。

背景技术：

激光加工是微加工领域中的一项重要技术，它具有高速精确切削材料的能力和无刀具磨损的优点，现已应用于不同的领域，作为非常有效的一种精细加工方法。在激光加工过程中，激光焦点处光斑的大小是影响加工质量的重要参数。在传统的激光加工中，激光通过聚焦透镜汇聚形成焦点，在焦点附近加工工件。激光焦点光斑越小，就能够获得越精密的加工零件。现有的激光加工装置仅依靠自聚焦效应实现激光加工所需要的激光束聚焦，难度较大，也难以达到最终聚焦的要求；另外，激光加工装置通常是手持式的，在使用时升温高，散热慢，使用不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光能量聚焦装置，以解决现有的激光加工装置的激光束聚焦效果不佳，且散热慢的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种激光能量聚焦装置，包括内壳体，所述内壳体为中空状，内壳体由顶部至底部依次设置有激光入口、扩束镜片、聚焦镜片、容器和激光出口，所述容器内盛放有非线性介质，激光经激光入口、扩束镜片、聚焦镜片聚焦于非线性介质的表面，经聚焦镜片聚焦后的光束进入非线性介质，光在该非线性介质中传递产生自聚焦，离开容器的激光束直线经激光出口射出照射到工件上；所述内壳体的外侧包裹有冷却罩，所述冷却罩设置有冷却通道，所述冷却通道设置有细长的冷却管。

作为本实用新型的优选方案，所述容器内的非线性介质的深度l公式为：l＝(d/2)[n0/(2*n2*i0)]1/2；式中，d为激光束在聚焦镜片聚焦之后在非线性介质液面处的激光束直径；n0为所用非线性介质的线性折射系数；n2为所用非线性介质的非线性折射系数，i0为激光束的峰值功率密度。

作为本实用新型的优选方案，所述容器与激光出口之间还设置有窗口保护镜片。

作为本实用新型的优选方案，所述激光入口、扩束镜片、聚焦镜片、容器和激光出口位于同一竖直线上。

作为本实用新型的优选方案，所述容器为透明玻璃，容器的底面厚度为0.6mm～1.5mm。

作为本实用新型的优选方案，所述非线性介质为二硫化碳。

采用上述技术方案的有益效果是：激光束通过扩束镜片、聚焦镜片经过第一次聚焦后，在非线性介质中的传递产生自聚焦，实现二次聚焦，进一步减少激光束的直径，提高激光束的能量密度，提高加工质量；另外，内壳体上包裹的冷却罩设置有冷却通道，冷却通道设置的冷却管充满流动的冷却液，可以加速内壳体的散热，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1、内壳体；2、冷却罩；3、激光入口；4、扩束镜片；5、聚焦镜片；6、容器；7、窗口保护镜片；8、激光出口；9、非线性介质；10、冷却通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

根据图1所示，本实施例提出一种激光能量聚焦装置，包括内壳体1，内壳体1为中空状，内壳体1由顶部至底部依次设置有激光入口3、扩束镜片4、聚焦镜片5、容器6和激光出口8，激光发射仪发射出的激光束从激光入口3进入，依次通过扩束镜片4、聚焦镜片5、容器6和激光出口8，先经过扩束镜片4、聚焦镜片5进行第一次聚焦。容器6内盛放有非线性介质9，激光经激光入口3、扩束镜片4、聚焦镜片5聚焦于非线性介质9的表面，经聚焦镜片5聚焦后的光束进入非线性介质9，激光束在该非线性介质9中传递产生自聚焦，实现第二次聚焦，离开容器6的激光束直线经激光出口8射出照射到工件的表面；内壳体1的外侧包裹有冷却罩2，冷却罩2设置有冷却通道10，冷却通道10设置有细长的冷却管。冷却管开设有液体入口，冷却液从液体入口输入，也可以从液体入口排出。

容器6内的非线性介质9的深度l公式为：l＝(d/2)[n0/(2*n2*i0)]1/2；式中，d为激光束在聚焦镜片5聚焦之后在非线性介质9液面处的激光束直径；n0为所用非线性介质9的线性折射系数；n2为所用非线性介质9的非线性折射系数，i0为激光束的峰值功率密度。非线性介质9优选为二硫化碳。本实施例使用激光的波长为1024nm，脉冲能量强度为400mj，重复率为10hz，脉宽为15ns,平行激光束的直径d＝4mm，透镜聚焦点于液体的表面，焦点处激光束的直径d＝1.45mm；二硫化碳的线性折射系数n0＝9.0×106esu；二硫化碳的非线性折射系数n2＝96×10-12esu，i0为本实施例激光的波长为1024nm，脉冲能量强度为400mj，重复率为10hz，脉宽为15ns,平行激光束的直径d＝4mm，透镜聚焦点于液体的表面，焦点处激光束的直径d＝1.45mm；二硫化碳的线性折射系数n0＝9.0×106esu；二硫化碳的非线性折射系数n2＝96×10-12esu，i0为脉冲的峰值功率密度，等于脉冲能量强度除以脉冲的脉宽再除以液体表面焦点处激光光斑半径。

i0＝400/(15×d/2)＝1.6152x1013w/㎡。

本例自聚焦距离l的计算公式如下：l＝(d/2)[n0/(2*n2*i0)]1/2＝40mm。根据以上计算结果本例容器6为高度45mm、直径为5mm、底面厚度为1mm的透明石英玻璃管，其内二硫化碳的液体的高度为40mm，本例透镜的焦距为24mm，透镜聚焦于容器6内液体表面，容器6内底面与工件表面距离小于3mm。

容器6与激光出口8之间还设置有窗口保护镜片7。窗口保护镜片7是平面镜，主要用于防尘。

为了使激光沿着光路从激光出口8发射出的质量较高，优选激光入口3、扩束镜片4、聚焦镜片5、容器6和激光出口8设于同一竖直线上。

容器6为透明玻璃，容器6的底面厚度为0.6mm～1.5mm。玻璃材质的容器6不会与二硫化碳发生反应，且透明材质的玻璃不会影响激光的走向；容器6的底面厚度为1mm，激光束的偏离度小。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

技术特征：

1.一种激光能量聚焦装置，其特征在于，包括内壳体，所述内壳体为中空状，内壳体由顶部至底部依次设置有激光入口、扩束镜片、聚焦镜片、容器和激光出口，所述容器内盛放有非线性介质，激光经激光入口、扩束镜片、聚焦镜片聚焦于非线性介质的表面，经聚焦镜片聚焦后的光束进入非线性介质，光在该非线性介质中传递产生自聚焦，离开容器的激光束直线经激光出口射出照射到工件上；所述内壳体的外侧包裹有冷却罩，所述冷却罩设置有冷却通道，所述冷却通道设置有细长的冷却管。

2.根据权利要求1所述的激光能量聚焦装置，其特征在于，所述容器内的非线性介质的深度l公式为：l＝(d/2)[n0/(2*n2*i0)]1/2；式中，d为激光束在聚焦镜片聚焦之后在非线性介质液面处的激光束直径；n0为所用非线性介质的线性折射系数；n2为所用非线性介质的非线性折射系数，i0为激光束的峰值功率密度。

3.根据权利要求1所述的激光能量聚焦装置，其特征在于，所述容器与激光出口之间还设置有窗口保护镜片。

4.根据权利要求1所述的激光能量聚焦装置，其特征在于，所述激光入口、扩束镜片、聚焦镜片、容器和激光出口位于同一竖直线上。

5.根据权利要求1所述的激光能量聚焦装置，其特征在于，所述容器为透明玻璃，容器的底面厚度为0.6mm～1.5mm。

6.根据权利要求1所述的激光能量聚焦装置，其特征在于，所述非线性介质为二硫化碳。

技术总结
本实用新型公开了一种激光能量聚焦装置，属于激光加工技术领域，包括内壳体，内壳体由顶部至底部依次设置有激光入口、扩束镜片、聚焦镜片、容器和激光出口，容器内盛放有非线性介质，激光经激光入口、扩束镜片、聚焦镜片聚焦于非线性介质的表面产生自聚焦，激光束经激光出口照射到工件上；内壳体包裹有冷却罩，冷却罩设置有冷却通道，冷却通道设有冷却管；有益效果是：激光束通过扩束镜片、聚焦镜片经过第一次聚焦后，在非线性介质中实现二次聚焦，进一步减少激光束的直径，提高激光束的能量密度，提高加工质量；另外，内壳体上包裹的冷却罩设置有冷却通道，冷却通道设置的冷却管充满流动的冷却液，可以加速内壳体的散热，使用方便。

技术研发人员：梁冉;梁芷萱;张茜
受保护的技术使用者：深圳市骏思凯奇科技发展有限公司
技术研发日：2020.03.04
技术公布日：2020.11.06