[实用新型]一种适用于高功率密度紫外激光的连续变倍扩束镜

说明书

本实用新型公开了一种适用于高功率密度紫外激光的连续变倍扩束镜，包括沿激光入射方向的光轴上依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，所述第一透镜和第二透镜为平凹透镜，且凹面都朝向激光入射方向；所述第三透镜为平凸透镜，凸面朝向激光出射方向，本申请中扩束镜专为入射光斑直径尺寸小于1mm设计，激光器内部三倍频晶体之后的紫外激光的光路上不需额外的扩束机制；所述第一透镜和第二透镜都是曲率半径较小的平凹透镜且凹面全部朝向激光入射方向，既可以使入射的高功率密度紫外激光束快速发散，完全没有会聚作用，从而有效保护第二透镜，也避免了前置镜片表面垂直反射入射光，对激光器造成回光干扰。

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体是一种适用于高功率密度紫外激光的连续变倍扩束镜。

背景技术

激光因具有极好的单色性、相干性、方向性及高亮度已广泛地应用于切割、钻孔、焊接等材料加工领域。其中，紫外激光更是借助于单光子能量高、材料吸收强、热作用小，可聚焦光斑尺寸小等优点近年来在材料精细加工领域得到迅速发展。一般地，激光器直接输出的光斑直径尺寸较小，为获得更小的聚焦后光斑尺寸，从而在焦点处获得更高的激光功率/密度，激光束在聚焦前都需要通过扩束镜对激光光斑进行扩束，同时压缩激光束的发散角。紫外激光器应用于材料加工更是如此，这是因为目前多数工业用紫外激光都是由基频红外激光经过倍频、和频等非线性效应产生的；在这一过程中，只有基频激光束的功率密度足够高才能高效地激发出紫外光，所产生的紫外光束功率密度也很高；所以在相同的输出功率水平下，紫外激光器直接产生的光束光斑尺寸比波长更长的激光器直接输出的光束光斑尺寸更小。另一方面，紫外激光扩束器比长波长激光扩束器制作难度更高，这主要是因为绝大多数透明材料对紫外波长的吸收都很强，目前使用最广泛、最实用的紫外透镜材料只有熔融石英，但熔石英的加工比较困难。当前，工业使用的紫外激光器的输出功率越来越高，这对包括激光扩束镜在内的配套器件的制作挑战也越来越大。此外，如果激光扩束镜放大倍数可调，就能适用不同的应用场景，这会显著增加同一台激光器及激光加工设备的使用灵活性，同时也便于激光加工设备的安装调试。

目前，虽然已经有相当数量的关于紫外激光变倍扩束镜设计的专利，但它们都有各自的问题。比如专利CN 101887173 B、CN 102004319 B、CN 206696536 U和CN 105527716B，它们的共同不足之处：1.沿激光入射方向的第一透镜都使用了凸透镜，这固然使得入射激光束经过会聚后可获得更高的发散度从而实现更大的扩束比，但对于小光斑、高功率密度入射的紫外激光束，这种会聚作用会进一步增强光束的功率密度，从而增加第二透镜的损伤风险；2.设计中都使用了双凸、双凹或弯月透镜——如前所述，紫外熔融石英材料的加工难度较大，增加一个曲面会提高镜片的制作成本。另外，专利CN 101887173 B、CN206696536 U和CN 105527716 B的设计入射光斑直径都大于2mm——如前所述，非线性晶体直接产生的纳秒级脉冲宽度的紫外激光束光斑直径一般不超过1mm，这就需要激光器内部在非线性晶体后部的光路上增加一个扩束机制，这并不符合现今激光器设计日益小型化的趋势。不仅如此，专利CN 102004319 B的第一透镜的平面朝向激光入射方向，这种设计对于高功率入射紫外激光是危险的，即使透镜表面镀有增透膜，也会有一定功率的激光被透镜表面垂直反射并沿原路返回，这会干扰激光器的长期稳定工作。再次，专利CN 206696536 U使用四个镜片的设计虽然可以更好的校正像差，但这既会增加扩束镜成本，增大扩束镜光轴校准的难度，更重要的是也增加了整体插入损耗，尤其是高功率紫外激光经过过多的镜片损失的功率有可能是很可观的。

基于上述问题，现在提供一种适用于高功率密度紫外激光的连续变倍扩束镜。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于高功率密度紫外激光的连续变倍扩束镜，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：