[发明专利]一种激光扩束系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种应用于紫外激光的变倍扩束系统。

【背景技术】

激光加工过程中，通常要求激光在聚焦点的能量非常集中，保证激光加工过程聚焦点的能量密度，使得激光有效地工作，并提高激光的工作效率，但如何在工作时提高激光的聚焦能量密度呢？一般是通过尽可能获得小的聚焦点。

根据衍射极限理论：激光的发散角θ与光腰直径d₀的关系为θ·d0=4λπ,]]>其中对于使用一定的激光器，激光的波长λ是一定的，所以，激光的发散角θ与光腰直径d₀的乘积为常数。从激光器输出的激光光束直径一般较小，在通过一定焦距的会聚光学系统聚焦之前，要求扩大光束直径以减小发散角θ，同时获得较大的入射光束直径。

假设在激光器与焦距为f的会聚光学系统中加入一个激光扩束系统，根据要求选用适当的扩束倍数β，使激光光束扩大到直径为D＝β·d₀，此时激光的发散角θ_入仍满足衍射极限理论关系式所以，这样，理想的会聚激光光斑所以，通过选用合适的倍数β获得合适的D值，便可得到理想的聚焦光斑δ以提高工作焦点处的能量密度。

本发明的变倍扩束系统，主要是为了解决紫外激光束的整形及扩大激光束直径以提高成像质量的需要，由于该系统的扩束倍数可以随时进行调节，可以针对不同激光器输出的不同激光参数而使用同一种光学应用系统进行加工；同时也可用于同一类型的激光输出参数应用于不同的激光应用光学系统对激光输入参数有不同要求。

【发明内容】

本发明提供一种可将入射激光束的直径扩束至3-10倍、以提高成像质量、且扩束后像质平衡得非常理想的激光扩束系统。

本发明所采用的技术方案是一种激光扩束系统，包括：位于光束的入射方向依序排列的第一、二、三透镜，所述第一透镜为凸平型的正透镜，所述第二透镜为双凹型的负透镜，所述第三透镜为平凸型的正透镜，改变第一透镜和第二透镜在光轴上的间距为d2，、以及第二透镜L2和第三透镜L3之间在光轴上的间距d4，且间距d2和间距d4满足关系式：2mm≤d2≤40mm，96mm≤d4≤100mm，间距d2和间距d4公差范围为±5％，可将最大直径为2.2mm入射激光束经过本扩束系统后，扩束倍数达3-10倍后，仍是一束平行光射出。

其中，当第一透镜和第二透镜在光轴上的间距为d2＝40mm，第二透镜L2和第三透镜L3之间在光轴上的间距d4＝96mm时，扩束倍数β为3，且间距d2和间距d4公差范围为±5％。

其中，当第一透镜和第二透镜在光轴上的间距为d2＝29mm，第二透镜L2和第三透镜L3之间在光轴上的间距d4＝98mm时，扩束倍数β为5，且间距d2和间距d4公差范围为±5％，。

其中，当第一透镜和第二透镜在光轴上的间距为d2＝2mm，第二透镜L2和第三透镜L3之间在光轴上的间距d4＝100mm时，扩束倍数β为10，且间距d2和间距d4公差范围为±5％。

其中，所述第一透镜在光轴上的中心厚度为3mm，且其公差范围为±5％。

其中，所述第二透镜在光轴上的中心厚度为1mm，且其公差范围为±5％。

其中，所述第三透镜在光轴上的中心厚度为4mm，且其公差范围为±5％。

其中，第一透镜的材料为Nd1∶Vd1为1.46/68，且其公差范围为±5％。

其中，第二透镜的材料为Nd3∶Vd3为1.46/68，且其公差范围为±5％。

其中，第三透镜的材料为Nd5∶Vd5为1.6/41，且其公差范围为±5％。

本激光扩束系统，通过设置以“正-负-正”依序排列的三片透镜，由于负的第二透镜的焦距较短，且由于整个激光扩束系统为变倍扩束系统，故需要在负的透镜前后各设置一个正透镜，该两个正透镜保证了进入负的透镜都能以平行光进入和射出，一方面为了保证改变扩束倍数，一方面保证了扩束出射光束的质量，利用该变倍扩束镜，可使得激光聚焦系统得到较大的像方孔径角，提高激光聚焦时焦点处的能量密度以提高激光的加工作用与效率。

【附图说明】