[发明专利]一种衍射极限激光扩束系统及激光加工设备

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种衍射极限激光扩束系统及激光加工设备。

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，要保证激光聚焦点具有较高的能量密度，使得激光有效地工作，并提高激光的工作效率。对于同一台激光器，若要提高激光的聚焦能量密度，就是要获得尽可能小的聚焦点。根据衍射极限理论：激光的发散角θ与激光束腰直径w的关系为θ*w＝4λ/π，当使用一定的激光器时，激光的波长λ是一定的，所以，激光的发散角θ与激光束腰直径w的乘积为常数。为了减小聚焦光斑，通常需要减小光发散角同时增大激光光束的直径，从激光器输出的激光光束直径一般都比较小，发散角θ较大，在通过会聚光学系统聚焦之前，一般会要求扩大光束直径以减小发散角θ。通常在激光器和焦距为f的会聚光学系统中加入激光扩束系统，选择适当的扩束倍数β，使激光光束直径扩大到D＝β*w，激光的发散角θ_入仍满足衍射极限理论关系式θ_入*D＝4λ/π，所以，θ_入＝4λ/πD＝θ/β，会聚激光光斑的大小σ＝θ_入*f＝4λf/πD，所以，通过加入一个合适的倍率扩束系统，便可得到理想的聚焦光斑σ以提高工作焦点处的能量密度。但是在实际应用中，激光经过普通的激光扩束系统，光束质量通常都会相应的变差，影响最终精密加工的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种衍射极限激光扩束系统，旨在使激光通过该系统后，光束质量无明显变化，保证精密加工的应用需求，并且可应用于高功率激光加工设备中。

本发明是这样实现的，一种衍射极限激光扩束系统，包括沿激光传输方向依次设置的前透镜组和后透镜组；所述前透镜组包括第一透镜，所述后透镜组包括第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为双凹型或平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型或平凹型负透镜，所述第三透镜为双凸型或平凸型正透镜；所述前透镜组和后透镜组共焦构成伽利略望远镜系统结构；所述衍射极限激光扩束系统对波长为355nm的激光光束的扩束倍率为5～6倍，输出光斑达到衍射极限。

本发明的另一目的在于提供一种激光加工设备，包括激光器、扩束系统及聚焦系统，所述扩束系统采用所述的衍射极限激光扩束系统，所述激光器的输出波长为355nm。

本发明提供的衍射极限激光扩束系统通过对第一透镜、第二透镜及第三透镜进行上述设置，对波长为355nm的激光实现5～6倍扩束，输出光斑达到衍射极限，提高了聚焦光斑的能量密度，进而提高了激光加工精度及工作效率。并且该扩束系统适合在高功率激光加工设备使用，利用该扩束系统，可以使得激光聚焦系统得到较大的像方孔径角，极大地提高了激光聚焦时焦点处的能量密度，进而提高激光加工精度和加工效率。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的衍射极限激光扩束系统的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的衍射极限激光扩束系统的光路图；

图3是本发明第一实施例提供的衍射极限激光扩束系统的传递函数曲线图；

图4是本发明第一实施例提供的衍射极限激光扩束系统的弥散斑图；

图5是本发明第一实施例提供的衍射极限激光扩束系统的Rayfan(光学系统的综合误差)图；

图6是本发明第二实施例提供的衍射极限激光扩束系统的结构示意图；

图7是本发明第二实施例提供的衍射极限激光扩束系统的传递函数曲线图；

图8是本发明第二实施例提供的衍射极限激光扩束系统的弥散斑图；

图9是本发明第二实施例提供的衍射极限激光扩束系统的Rayfan图。

具体实施方式

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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：