一种产生贝塞尔激光束的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及领域，尤其涉及一种产生贝塞尔激光束的装置。
【背景技术】
[0002] 随着激光切割中被切割材料厚度的增加，激光内切割技术受到普通高斯激光焦深 等的影响无法完成一次性切割，其加工效率随之降低，无法满足目前市场对该技术加工效 率的要求。因此，需要一种焦深较大的激光束来提高加工较厚材料的效率
[0003] 因此有必要设计一种产生贝塞尔激光束的装置，以克服上述问题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种产生贝塞尔激光束的装 置。
[0005] 本实用新型是这样实现的：
[0006] 本实用新型提供一种产生贝塞尔激光束的装置，包括锥形棱镜、第一聚焦镜和第 二聚焦镜，其中，第一聚焦镜和第二聚焦镜构成4f系统，具体的：
[0007] 锥形棱镜，用于将高斯激光束整形为贝塞尔光束；所述贝塞尔光束经过第一聚焦 镜后，形成环形激光；所述环形激光经过第二聚焦镜后，形成加工材料所用的贝塞尔激光， 所述贝塞尔激光具有指定的聚焦光斑和焦深。
[0008] 优选的，所述高斯激光束的激光脉宽小于l〇〇ns。
[0009] 优选的，经过锥形棱镜的两束高斯激光束能相互干涉产生贝塞尔光束。
[0010] 优选的，锥形棱镜产生的贝塞尔激光光束，其激光能量密度I通过公式：
[0012] 求得，其中，k为波矢量，β为锥形棱镜的楔角，113为锥形棱镜的折射率，z为贝塞 尔光束沿传播方向坐标，Ic为高斯激光束能量密度，ω。为高斯激光束的束腰大小。
[0013] 优选的，锥形棱镜产生的贝塞尔激光光束，其焦深通过公式：
求 得，其中，D为入射光束直径，η为锥形棱镜折射率，α为锥形棱镜锲角。
[0014] 优选的，激光器发出的激光束先通过锥形棱镜产生两束特定夹角的高斯激光束， 所述夹角通过公式 求得，其中，ndP Θ a分别为轴棱镜的折射 率和半顶角。
[0015] 优选的，第一聚焦镜和第二聚焦镜组成4f系统，对贝塞尔光束进行相应的放大或 缩小，形成材料切割需要的聚焦光斑和焦深。
[0016] 优选的，所述激光器用于切割具有透光性的透明材料。
[0017] 优选的，产生的贝塞尔波长范围为lOOOnm到2000nm之间。
[0018] 优选的，当被切割的透明材料与激光产生相对运动时，透明材料内部沿切割方向 会产生内爆带；切割完成后，在材料表面延切割路径施加压力，材料按既定切割方向裂开。
[0019] 本实用新型具有以下有益效果：本实用新型实施例利用激光器产生的高斯激光束 通过锥形棱镜时产生两束特定夹角的高斯激光束，高斯激光束相互干涉产生贝塞尔光束， 贝塞尔光束穿通过一个4f系统后，贝塞尔光束被放大或缩小形成材料加工所需要的光斑 大小和焦深。
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021] 图1为本实用新型实施例提供的一种贝塞尔激光束生成原理示意图；
[0022] 图2为本实用新型实施例提供的一种产生贝塞尔激光束的装置结构示意图；
[0023] 图3为本实用新型实施例提供的一种产生贝塞尔激光束的装置切割材料示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提 下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025] 如图1-图2,本实用新型实施例提供一种产生贝塞尔激光束的装置，包括锥形棱 镜2、第一聚焦镜4和第二聚焦镜6,其中，第一聚焦镜4和第二聚焦镜6构成4f系统，具体 的：
[0026] 锥形棱镜2,用于将高斯激光束1整形为贝塞尔光束3 ;所述贝塞尔光束3经过第 一聚焦镜4后，形成环形激光5 ;所述环形激光5经过第二聚焦镜6后，形成加工材料所用 的贝塞尔激光7,所述贝塞尔激光7具有指定的聚焦光斑和焦深。
[0027] 优选的，所述高斯激光束1的激光脉宽小于l〇〇ns。
[0028] 优选的，经过锥形棱镜2的两束高斯激光束1能相互干涉产生贝塞尔光束3。
[0029] 优选的，锥形棱镜2产生的贝塞尔激光光束，其激光能量密度I通过公式：
[0031] 求得，其中，k为波矢量，β为锥形棱镜2的楔角，na为锥形棱镜2的折射率，z为 贝塞尔光束3沿传播方向坐标，I。为高斯激光束1能量密度，ω。为高斯激光束1的束腰大 小。
[0032] 优选的，锥形棱镜2产生的贝塞尔激光光束，其焦深通过公式：
求得，其中，D为入射光束直径，na为锥形棱镜2折射率，α为锥形棱镜 2锲角。
[0033] 优选的，激光器发出的激光束先通过锥形棱镜2产生两束特定夹角的高斯激光束 1，所述夹角通过公式：9b= Θ a-arccos(nacos0a)求得，其中，]13和Θ a分别为轴棱镜的折 射率和半顶角。如图1所示，轴棱镜产生的贝塞尔光束3中心光斑的半径，跟轴棱镜的参数 和光束的波长有关，可以表不为
其中k为光在传播媒质中的波数。 在轴棱镜的底角很小的情况下，由?
这样轴棱镜产生的贝塞尔光 束3的中心光斑的半径可以表示为
[0034] 在轴棱镜的孔径大于入射光束斑大小的条件下，贝塞尔光束3的近似传播距离近 似为Z = c^/tan Θ b，其中ω。为入射到轴棱镜高斯激光束1的腰半径。
[0035] 优选的，第一聚焦镜4和第二聚焦镜6组成4f系统，对贝塞尔光束3进行相应的 放大或缩小，形成材料切割需要的聚焦光斑和焦深。
[0036] 优选的，所述激光器用于切割具有透光性的透明材料。
[0037] 优选的，产生的贝塞尔波长范围为lOOOnm到2000nm之间。
[0038] 优选的，当被切割的透明材料与激光产生相对运动时，透明材料内部沿切割方向 会产生内爆带；切割完成后，在材料表面延切割路径施加压力，材料按既定切割方向裂开。
[0039] 如图3所示，光束11是由如图2所示的产生贝塞尔激光束的装置形成的贝塞尔激 光，将光束聚焦于透明材料13内部，激光焦深12贯穿材料内部并且焦深不小于材料厚度， 当被切割的透明材料与激光产生相对运动时，透明材料内部沿切割方向会产生内爆带。
[0040] 本实用新型具有以下有益效果：本实用新型实施例利用激光器产生的高斯激光束 1通过锥形棱镜2时产生两束特定夹角的高斯激光束1，高斯激光束1相互干涉产生贝塞尔 光束3,贝塞尔光束3穿通过一个4f系统后，贝塞尔光束3被放大或缩小形成材料加工所需 要的光斑大小和焦深。
[0041] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种产生贝塞尔激光束的装置，其特征在于，包括锥形棱镜（2)、第一聚焦镜（4)和 第二聚焦镜（6)，其中，第一聚焦镜（4)和第二聚焦镜（6)构成4f系统，具体的： 锥形棱镜（2)，用于将高斯激光束（1)整形为贝塞尔光束（3); 所述贝塞尔光束（3)经过第一聚焦镜（4)后，形成环形激光（5); 所述环形激光（5)经过第二聚焦镜（6)后，形成加工材料所用的贝塞尔激光（7)，所述 贝塞尔激光（7)具有指定的聚焦光斑和焦深。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高斯激光束（1)的激光脉宽小于 100ns〇3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：经过锥形棱镜（2)的两束高斯激光束（1) 能相互干涉产生贝塞尔光束（3)。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，锥形棱镜（2)产生的贝塞尔激光光束，其 激光能量密度I通过公式：!〇： 求得，其中，k为波矢量，0为锥形棱镜（2)的楔角，na为锥形棱镜（2)的折射率，z为 贝塞尔光束（3)沿传播方向坐标，I。为高斯激光束（1)能量密度，co。为高斯激光束（1)的 束腰大小。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，锥形棱镜（2)产生的贝塞尔激光光束，其 焦深通过公式：求得，其中，D为入射光束直径，n为锥形棱镜（2)折射率，a为锥形棱镜（2)锲角。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，激光器发出的激光束先通过锥形棱镜 (2)产生两束特定夹角的高斯激光束（1)，所述夹角通过公式： 0b= 0 a-arccos (nacos 0 J 求得，其中，^和0 a分别为轴棱镜的折射率和半顶角。7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一聚焦镜（4)和第二聚焦镜（6)组成 4f系统，对贝塞尔光束（3)进行相应的放大或缩小，形成材料切割需要的聚焦光斑和焦深。8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器用于切割具有透光性的透明 材料。9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，产生的贝塞尔波长范围为lOOOnm到 2000nm 之间。10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当被切割的透明材料与激光产生相对运 动时，透明材料内部沿切割方向会产生内爆带；切割完成后，在材料表面延切割路径施加压 力，材料按既定切割方向裂开。
【专利摘要】本实用新型涉及激光切割领域，尤其涉及一种产生贝塞尔激光束的装置。所述装置包括锥形棱镜、第一聚焦镜和第二聚焦镜，其中，第一聚焦镜和第二聚焦镜构成4f系统，具体的：锥形棱镜，用于将高斯激光束整形为贝塞尔光束；所述贝塞尔光束经过第一聚焦镜后，形成环形激光；所述环形激光经过第二聚焦镜后，形成加工材料所用的贝塞尔激光，所述贝塞尔激光具有指定的聚焦光斑和焦深。本实用新型实施例利用激光器产生的高斯激光束通过锥形棱镜时产生两束特定夹角的高斯激光束，高斯激光束相互干涉产生贝塞尔光束，贝塞尔光束穿通过一个4f系统后，贝塞尔光束被放大或缩小形成材料加工所需要的光斑大小和焦深。
【IPC分类】B23K26/064, G02B27/09
【公开号】CN204975690
【申请号】CN201520512683
【发明人】王建刚, 王雪辉, 冯峰, 程伟
【申请人】武汉华工激光工程有限责任公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月15日