[发明专利]一种小型化紫外激光器变倍扩束装置

说明书

本发明适用于激光加工技术，提供了一种小型化紫外激光变倍扩束系统，包括沿着激光传输方向依次设置的变倍组、补偿组和固定组；所述的变倍组包括第一透镜，所述的补偿组包括第二透镜，所述的固定组包括第三透镜，第一透镜为弯月型负透镜或平凹型负透镜，第二透镜为双凹型负透镜，第三透镜为双凸型或平凸型正透镜，且三个透镜位于同一个光轴上，本发明对各透镜进行上述设置，对波长为355nm的激光实现2‑10倍扩束，输出光束接近衍射极限，提高了聚焦光斑的能量密度，并且该扩束系统适合在高功率激光加工设备使用，极大地提高了焦点处的能量密度，进而提高激光加工精度和加工效率。

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光变倍扩束系统。

技术背景

在传统的变倍扩束系统中，通常使用三组元或者四组元系统来实现光学系统的变倍。三组元系统主要分为“正-负-正”型系统和“负-正-负”型系统。无论是哪种类型，三组元系统都是采用一个固定组，一个变倍组，一个补偿组来实现变倍的。其中，固定组可以是第一个组元，可以是第二个组元，也可以是第三个组元。其余两个组元前面的是变倍组，后面的是补偿组。而四组元变倍系统的组别是固定的，即：前固定组，变倍组，补偿组和后固定组。三组元系统和四组元系统分别有着各自的优缺点。比如，三组元系统的优点是结构简单，如果不考虑色差(大多数激光系统具有很好的单色性)和球差(大多数激光系统光斑口径比较小所以引入的球差比较小，通常可以忽略)只需要三枚镜片即可完成易于设计，成本低；其缺点是总长会随着倍率的变化而改变(由于只有一个固定组，所以随着变倍组和补偿组的改变，系统长度也在不断地变化)，另外系统不够紧凑，镜片移动的距离较长，总长也比较长。而四组元系统与之相反，由于它有前后两个固定组，而变倍组和补偿组只在中间移动，因此总长是不会改变的，而且，同样的倍率的条件下，四组元系统也更为紧凑，其总长也要比三组元系统的总长短一些；但是，四组元系统结构复杂一些，成本也会高一些，即便是不考虑色差和入射光斑很小(即球差小)也需要五片镜片到六片镜片左右(因为很小的球差经过四个组别的放大通常已经不可以忽略了，需要额外一到两枚镜片来校正球差)。当然，如果考虑色差，那么四组元系统至少需要11到12枚镜片(通常需要13到14片)。

随着科技的进步，激光领域的要求也变得越来越高，既要考虑成本，又需要考虑光束质量。很多情况下，扩束装置直接会放置在激光器里面。因此缩短总长，小型化扩束系统变得越来越重要。在传统的变倍系统中已经很难以达到人们的要求。

发明内容

本发明提供了一种紫外激光变倍扩束系统。该系统旨在解决上述问题，实现总长在100mm的小型化，放大倍率在2-10倍的大变倍激光扩束系统的设计。

本发明是这样实现的，一个紫外变倍激光扩束系统，包括沿着激光传输的方向依次设置的变倍组，补偿组和固定组。变倍组包括第一透镜(L1)，补偿组包括第二透镜(L2)，固定组包括第三透镜(L3)。该紫外变倍扩束系统的入射光口径为0.1-2mm，波长为355nm；所述第一透镜(L1)为弯月型负透镜或平凹型负透镜，第二透镜(L2)为双凹型负透镜，第三透镜(L3)为双凸型或平凸型正透镜，且三个透镜位于同一个光轴上。所述第一透镜(L1)和第二透镜(L2)在光轴上的间距为d2＝0.4-95mm，所述第二透镜(L2)和第三透镜(L3)在光轴上的间距为d4＝0.4-4.2mm。

其中，所述的d2＝0.4，所述的d4＝4.2，该紫外变倍扩束系统的扩束倍数为2。

其中，所述的d2＝24，所述的d4＝1.8，该紫外变倍扩束系统的扩束倍数为4。

其中，所述的d2＝47.6，所述的d4＝1，该紫外变倍扩束系统的扩束倍数为6。

其中，所述的d2＝71.3，所述的d4＝0.6，该紫外变倍扩束系统的扩束倍数为8。

其中，所述的d2＝95，所述的d4＝0.4，该紫外变倍扩束系统的扩束倍数为10。