CN102481665B - 采用具有至少5mm的边缘厚度的ZnS透镜的激光聚焦头和激光切割装置以及使用这样的聚焦头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括准直透镜(13)和聚焦透镜(14)的激光光束聚焦头，其中，准直透镜(13)和聚焦透镜(14)由ZnS构成并且具有至少5mm的边缘厚度。此外，以在40和50°之间的入射角(α)操作的折叠镜(15)被设置在所述聚焦头中的激光光束的路径中并在所述准直透镜(13)和所述聚焦透镜(14)之间。本发明还涉及一种激光切割设备，包括：固态激光(SL)装置，以在1.06和1.10μm之间的波长和在0.1和25kW之间的功率发射激光光束；根据本发明的聚焦头；以及载体光纤(CF)，将所述固态激光(SL)装置连接到所述聚焦头以便承载所述固态激光(SL)装置发射的所述激光光束。

Description

采用具有至少5mm的边缘厚度的ZnS透镜的激光聚焦头和激光切割装置以及使用这样的聚焦头的方法

技术领域

本发明涉及固态激光器中使用的特定光学配置，更具体地说，涉及用于控制焦点漂移以及聚焦头的光学部件的激光损坏问题的光纤激光切割头并且涉及装配了这样的聚焦头的激光装置，更具体地说是镱掺杂的光纤激光器装置。

背景技术

不同于如Nd:YAG激光器的固态激光器，新一代固态激光器，如光纤或盘形激光器，受益于具有极佳品质因数或BPP(光参数乘积)的几kW级功率的发展和组合。

除了这些激光器凭借的适合用于切割金属材料的特性外，在此情况下，其具有比CO₂激光器(10.6μm)的波长更短的波长(1.07μm)，能够更好的被金属吸收并且被光纤传输，具有更小的总尺寸和更高的可靠性，其高亮度明显的提高了切割金属或非金属材料的性能。

典型地，光纤激光器切割装置包括激光源和用于传输激光光束到达切割头的光学器件，切割头又称作聚焦头，其将光束聚焦到要切割部件的厚度中。

激光源是镱(Yb)掺杂光纤激光器，装配了至少一个光束输送光纤，并且切割头包括光学准直、重新导引和聚焦装置以用于将聚焦的激光束传导到要切割的部分。

激光切割头的如聚焦透镜的光学器件必须耐受高表面功率密度，功率密度依赖激光源的特性和光学部件上的光束的直径而典型地在1和10kW/cm²之间，并且在损坏它们的污染的环境中操作时可以维持该耐受。

在连续发射激光模式中，光学部件的损坏一般地表现为光学部件性能的逐渐劣化，最初没有可见的损坏，劣化本质上来源于热现象。

具体地，光学部件的表面涂层和基板的残余吸收导致光学部件的非均匀加热并且产生热应力，特别在诸如透镜的传输部件的情况下。这些机制影响激光光束的参数和质量并且在长期辐射之后，可能引起光学部件劣化：出现烧痕，涂层分层等。

切割头光学部件的加热还会引起光束焦点因热致透镜效应(thermallensing effect)而导致DF漂移，又称为焦点漂移，如图1所示。当透镜1被暴光时，其中心处被沿光轴(AO)传输的高功率准直光束2加热，然而其边缘是较冷的。在透镜1中产生径向热梯度。透镜1接收的功率密度越高此梯度的量级越大。此热梯度在材料中产生折射系数的梯度。结合透镜1的材料的热膨胀效应，此现象改变了透镜的有效曲率半径并且改变了其聚焦特性。位于与透镜相距F处的光束的初始焦平面(PFI)沿光束的传播方向移动，变为更靠近聚焦透镜1的距离F’，直到其到达移位的焦平面(PFD)。然后初始聚焦的光束(FFI)传入到具有低切割特征的移位的焦平面(PFD)。

环境对光学部件的表面污染，即，灰尘，金属溅污或潮期以及其老化是增加透镜的吸收和加热逐渐恶化的因素，导致焦距漂移程度随时间增加。

现在，从切割速度，切割质量-即笔直性，光滑度和无毛刺切割面-以及对工艺操作参数的容差等方面评估工业激光切割工艺的性能特性。

光纤激光器切割工艺对光束的焦点相对于被处理部分的表面的位置变化很敏感，更具体地说，在切割很厚的板材，即具有4mm或更大的厚度的板时。焦点位置容许的容差通常为±0.5mm。如果激光光束的焦点位置的变化超出了容许容差，则其不能保持最佳切割性能。

因此，一种解决方法是寻找新的切割参数以补偿焦点漂移，或者更换光学部件的聚焦头。作为结果，工业自动化工艺的生产率下降。

当焦点位置在切割操作期间改变时，会导致从一个部分到另一个部分或者甚至是相同部分的一个面到另一个面的切割性能不同，因而会出现一个严重问题。

上述现象显示，切割工艺的性能的持久性强烈依赖于用于传播激光光束的光学器件的阻抗。因为焦点位置是光纤激光器切割工艺的重要参数，光束的焦点位置必须尽可能稳定并且其任何漂移都应该保持在容许容差之内。在高功率下光学元件经受的热变形必须最小化以防止它们被破坏。在选择构成激光切割头的聚焦系统的光学部件时，必须考虑到所有这些要求。

出现的问题是切割使用的高亮度激光光束的传输很困难。获得的激光的功率水平不断提高，但是光学器件的阻碍限制了可以用于切割的功率水平。这是因为高亮光束的特征是其与极佳品质因子的结合的高功率水平，即，低BPP值，例如约0.33mm.mrad。这导致聚焦头的光学部件表面上的极高的功率密度以及热梯度和变形的增加。同样还发现，光学材料抵抗激光损坏的能力在高亮度激光下比在常规CO₂激光下差，因为前一激光的波长更短，对存在于基板和光学元件的表面涂层中的缺陷更敏感，会引起局部过度升温。

因此要解决的问题是能够控制使用固态激光器装置时发生的前述焦点漂移和光学部件损坏的困难，更具体地，是在使用光纤激光器，特别是镱掺杂光纤激光器时，以便特别地在使用高功率激光切割工艺(即具有至少1kW的功率的工艺)时确保切割性能的持续。

发明内容

因此，本发明的解决方案是一种激光光束聚焦头，包括准直透镜和聚焦透镜，其特征在于，准直透镜和聚焦透镜由ZnS构成并且具有至少5mm的边缘厚度；以及偏转镜，以在40和50°之间的入射角(α)操作，被设置在所述聚焦头中的激光光束的路径中，并在准直透镜和所述聚焦透镜之间。

视情况，本发明的聚焦头可以具有一个或多个下述特征：

准直透镜和聚焦透镜具有在5和10mm之间，优选在6和8mm之间的边缘厚度；

准直透镜和聚焦透镜具有在35和55mm之间的直径；并且

偏转镜由硅石(silica)构成。

本发明还涉及激光切割单元，该单元包括：

固态激光装置，以在1.06和1.10μm之间的波长和在0.1和25kW之间的功率发射激光光束，

根据前述权利要求中任一项的聚焦头，以及

输送光纤，将固态激光装置连接到聚焦头以便将固态激光装置发射的激光光束输送到聚焦头。

视情况，本发明的装置可以具有一个或多个下述特征：

固态激光器器件为光纤激光器类型，优选镱掺杂的光纤激光器；

固态激光器器件以连续，半连续或脉冲模式发射功率在1和5KW之间的激光光束，优选连续模式；

输送光纤具有不超过150μm的直径，优选50μm或100μm的直径；

固态激光器器件发射BPP在1.6和4mm.mrad之间的激光光束；

输送光纤具有50μm的直径和在1.6和2.2mm.mrad之间的BPP并且准直透镜具有在70和120mm之间的焦距并且聚焦透镜具有在200和450mm之间的焦距。更精确地，在输送光纤具有50μm的直径，其BPP在1.6和2.2mm.mrad之间的情况下，准直透镜的焦距在70和120mm之间优选在70和90mm之间。为了切割厚度严格小于10mm的材料，聚焦透镜的焦距有利地在200和300mm之间，优选在220和280mm之间，然而为了切割厚度为10mm或更大的材料，聚焦透镜的焦距有利地在350和450mm之间，优选在380和420mm之间。

输送光纤(FDC)具有100μm的直径和在2.6和4mm.mrad之间的BPP并且准直透镜具有在130和180mm之间的焦距并且聚焦透镜具有在200和450mm之间的焦距。更精确地，在输送光纤具有100μm的直径，其BPP在2.6和4mm.mrad之间的情况下，准直透镜的焦距在130和180mm之间，优选在140和180mm之间。为了切割厚度严格小于10mm的材料，聚焦透镜的焦距有利地在200和300mm之间，优选在220和280mm之间，然而为了切割厚度为10mm或更大的材料，聚焦透镜的焦距有利地在350和450mm之间，优选在380和420mm之间；并且

聚焦透镜具有在200和450mm之间的焦距。

另外，本发明还涉及用于切割金属部件的激光切割方法，其中使用了根据本发明的聚焦头或激光切割单元。

附图说明

特别地涉及在光纤激光器切割头中使用的特定光学配置的本发明将通过随后的详细描述和附图更好的被理解。

图2示出了用于切割头的典型的光学系统的基本原理以及穿过光学系统传播的激光光束的特性参数；

图3示出了根据本发明的激光切割单元的操作原理以及激光切割工艺；

图4示出了由ZnS构成的透镜系统和熔融硅石(Si)构成的透镜系统在激光辐射期间光束焦点的位置变化之间的比较；以及

图5示出了包括具有2mm的边缘厚度的准直透镜和具有7mm的边缘厚度的准直透镜的由ZnS构成的透镜系统聚焦的光束焦点位置的变化之间的比较。

具体实施方式

根据本发明的切割装置包括固态激光源SL，该固态激光源SL具有少一个光束输送光纤FDC和又称作切割头的聚焦头3，用于将激光光束传输并聚焦到要切割的部件10其上或其中。下面将解释并在图3中示出该单元的特性和操作范围。

切割头3通常包括用于光学准直、重新导引和聚焦激光光束的光学器件。

另外，激光光束由固态激光器器件或发生器发射，优选镱(Yb)掺杂光纤激光器。在激光器件中，激射效应指的是用于产生激光辐射的光放大现象，凭借优选由激光二极管泵浦并由一个或典型的几个掺杂光纤(优选地，镱(Yb)掺杂硅石光纤)组成的放大介质获得激射效应。

通过激光器件作为输出发射的辐射的波长在1.06和1.10μm之间并且激光功率在0.1和25kW之间，典型地在1和5kW之间。

激光器可以以连续、准连续或脉冲模式操作，但是当其以连续模式操作时本发明更具优势，对于切割头的激光器这是辐射最剧烈的模式。

由固态激光源产生的光束被发射并且凭借至少一个用未掺杂硅制造的具有小于150μm(例如等于50或100μm)的直径的光输送光纤输送到聚焦头。

通常，通过使用如光纤激光器的高亮度激光源，可以产生具有极佳品质因子的高功率光束。通过品质因子或光参数乘积(BPP)测量激光光束的品质等级。BPP由激光源SL的特征和输送光纤FDC的直径确定。其表示为在聚焦激光束束腰的半径W₀乘以其发散半角θ₀的积，如图2所示。BPP还定义为发射激光光束的光学输送光纤的半径W_fib乘以光纤输出的光束的发散半角θ_fib的积。因此，对于50μm的光纤，光束的BPP典型的在1.6和2mm.mrad之间，而对于100μm的光纤BPP典型的在2.7和4mm.mrad之间。

如图2所示，连续地，在激光光束传播方向上，由用于从发散光束FD获得准直光束FC的至少一个准直透镜LC和用于获得聚焦光束FF并且用于将激光的能量集中到要切割部分上的至少一个聚焦透镜LF构成激光切割头的聚焦系统。选择准直和聚焦透镜的焦距以便获得具有合适的直径以便具有切割该部分必须的功率密度的焦点。

光束在焦平面中的直径2W₀定义为光纤的直径2W_fib乘以聚焦系统的光学放大系数G的积，并且由下式表示：

${2w}_0={2w}_{\mathrm{fib}}G={2w}_{\mathrm{fib}}\frac{F_{\mathrm{foc}}}{F_{\mathrm{col}}}$

其中：

-G由聚焦透镜FC的焦距F_foc对准直透镜LC的焦距F_col的比率给出；并且

-w₀和w_fib分别是在焦平面中和在光纤中的光束的特征半径。“特征半径w”的表述理解为密度下降到其最大值的1/e²(约13.5％)时距光轴的距离，意味着光束功率的86.5％位于半径w内的盘内。所有的光束参数都根据此标准定义。

辐射到准直和聚焦光学部件的光束的半径由下述公式给出：

w_col＝θ_fibF_col。

通过输送光纤发射的光束的发散半角θ_fib通过如下公式由聚焦的光束的BPP值得出：

BPP＝w₀θ₀＝w_fibθ_fib。

辐射到光学部件的每单位面积的平均功率密度，又称为功率密度(DP)并且以kW/cm²表示，如下定义：

$\mathrm{DP}=\frac{P_{\mathrm{las}}}{{\mathrm{\πw}}_{\mathrm{col}}^2}$

其中，P_las是由激光源发射的辐射的总功率并且w_col是辐射到光学部件的光束的特征半径。

因此，可以明白当使用如光纤激光器的高亮度激光发生器时出现的问题，即下列事实：

此类型的光源特征为低BPP并且因此其特征为在光纤出口处具有更低的发散角θ_fib。此参数对应于通过输送光纤发射的光束的远场扩展速率并且决定系统中的光学部件上的光束直径。对相同的准直焦距，具有较高的品质并由此具有较低的发散的光束，在准直透镜上具有较小的直径2w_col。这导致DP的增加。如下表示，下面的表1比较了对于各种激光器的典型的光束特征以及对于2kW的功率并且准直透镜焦距为100mm的光学部件上获得的功率密度；以及

对于相同的光学放大，用焦点直径相同但是具有更低发散角θ₀的光学部件聚焦较低BPP的光束。其瑞利长度Z_R＝w₀/θ₀更长，而在高功率下由聚焦系统的加热引起的焦点漂移与Z_R成比例。

表1

此表示出了当光束品质升高时透镜上的功率密度升高。然而，在激光辐射下的光学部件中产生的热梯度的量值随着光学部件承受的功率密度增加。因此，最好使用具有最佳热性能的光学部件工作以避免焦点漂移和激光损坏问题。

为此目的，本发明的光学系统组合下面描述的特定特征，如图3所示。

切割头3由用于透射的光学部件构成，即，这里的透镜13，14用于由固态激光源SL产生并由输送光纤输出的激光光束FL的准直(13处)和聚焦(14处)操作。

有利的硫化锌(ZnS)用作准直透镜13和聚焦透镜14的基板。这是因为在激光辐射下的透镜中建立的热梯度的量值与透镜的构成材料的热导率成反比。现在，ZnS的热导率(0.272W/cm/℃)约是熔融硅石的热导率(0.0138W/cm/℃)的20倍。ZnS更高的热导率对应于更高的散热能力，并且限制了高功率辐射在透镜中引起的热梯度的量值和变形。

可以从能够获得的各种类型的透镜中选择光学准直器件13和光学聚焦器件14。透镜优选为单透镜以便限制聚焦系统的光学表面的数量从而最小化损坏风险。可以使用各种几何外形的透镜，例如平凸透镜，双凸透镜或凹凸透镜。优选它们是平凸透镜。优选所有的光学表面具有抗反射涂层，在激光波长处抗反射。

切割头的透镜放在热控制支撑架中，水在支撑架中循环并且通过与透镜间接接触提供冷却。水温在19和25℃之间。

透镜13，14的厚度和直径对其热行为同样有影响。透镜的尺寸越大，向更冷的周边区域的散热越好，热梯度越小。在常规切割头中，使用厚透镜，也就是说具有至少5mm的边缘厚度，仅仅为了执行聚焦操作。这是因为在聚焦透镜后直接注入辅助气体，从而使它们处于高压。因此聚焦透镜必须厚以便具有很好的机械强度。在本发明的内容中，为了减小焦点漂移现象，准直和聚焦光束两者都用厚透镜。从而，与通常使用的相反，切割头3由具有至少5mm的边缘厚度(优选在6和8mm之间)的透镜构成。与更大的厚度提供更好的热特性相同，大直径光学部件向边缘散热更好。无论照射在切割头3的光学部件上的光束的尺寸如何，后者具有在35和55mm之间的直径。

在切割头3中，在激光光束10的路径中，在准直透镜13和聚焦透镜14之间放置反射部件15。此部件是平面镜并且不改变光束传播参数。镜的基板由熔融硅石构成。

镜子的至少一个面具有反射涂层。此涂层由薄光学膜构成并且反射激光切割光束的波长处和在630和670nm之间的波长处的光。然而，涂层对部分的可见或红外光谱是透明的，包括如激光二极管的照明系统的波长。这样，可以在镜子的背面连接工艺控制器件(类型为照相机或光电二极管)。以在40和50°之间，优选45°的入射角α操作。镜的厚度在3和15mm之间，优选在8和12mm之间。首先且最重要的，为了提高机械稳定性，镜子有助于减少切割头的垂直尺寸。另外，在此配置中，输送光纤保持水平，因此，在安装和去除光纤或准直仪时，减少了进入灰尘的风险。最后，通过在光束的路径中并入反射部件，可以补偿部分由透镜引起的焦点漂移。更具体地说，是由反射部件引起的焦点的纵向位移发生在由在投射部件引起的焦点漂移的相反方向。

切割头3的透镜同样由与使用的输送光纤的BPP匹配的特定焦距表征。这些焦距对获得适于切割所处理的材料的焦点直径2W₀是必需的。对于直径为50μm的输送光纤，光束的BPP典型地在1.6和2mm.mrad之间。对此光纤，准直透镜的焦距在70和120mm之间，优选在70和90mm之间。然后，准直透镜焦距的选择根据切割要处理的材料的厚度希望的光学量值来确定聚焦透镜焦距的选择。

对于具有严格小于10mm的厚度的材料，聚焦透镜焦距在200和300nm之间，优选在220和280mm之间。对于厚度为10mm或更大的材料，聚焦透镜焦距在350和450mm之间，优选在380和420mm之间。

对于直径为100μm的输送光纤，光束的BPP典型地在2.6和4mm.mrad之间。对此光纤，准直透镜的焦距在130和180mm之间，优选在140和180mm之间。对于厚度严格小于10mm的材料，聚焦透镜焦距在200和300nm之间，优选在220和280mm之间。对于厚度为10mm或更大的材料，聚焦透镜焦距在350和450mm之间，优选在380和420mm之间。

通过在所述聚焦头3的壁上提供的气体入口5向聚焦头3提供辅助气体，通过气体入口5提供来自如一个或更多气瓶、储存箱或一个或多个气体线(诸如气体传递系统)的气体源的加压气体或气体混合物，被引入喷嘴4的上游并且通过此喷嘴4向将被激光光束切割的部件30排放。

辅助气体用于将通过激光光束FL融化金属得到的熔融金属从切割切口12驱出，熔融金属集中在与被切割的部件10的表面相关的位置11处。

根据被切割的材料的特征选择气体，特别是其成分，其等级(grade)以及其厚度。例如，空气、氧气、氮气/氧气或氦气/氮气混合物可以用于切割钢材，然而，氮气、氮气/氢气或者氩气/氮气混合物可以用于切割铝或不锈钢。

事实上，要激光切割的部件10可以由各种金属材料构成，例如，钢材，不锈钢，低碳钢或如铝和铝合金的轻质合金，或者甚至是钛和钛合金，并且可以典型地具有在0.1mm和30mm之间的厚度。

在切割工艺期间，激光光束可以聚焦在部件10的厚度中(11处)或在部件10的一个表面上或直接邻近，也就是说，部件10的上表面10a外部和上表面10a上方或下表面10b下方的几mm处，或在上表面10a或下表面10b上。优选，焦点的位置11位于部件10的上表面10a上方5mm处和下表面10b下方5mm处。

通过本发明，在切割工艺期间，激光光束的聚焦位置保持稳定，因为任何焦距漂移和任何光学器件的损坏都被避免或最小化，从而在整个激光切割操作长度上确保基本恒定的性能。

通过比较当这两种类型的透镜暴露于高功率中时诱导的焦点漂移证明在激光切割头中，使用一个或多个由ZnS而不是有熔融硅石构成的透镜的优点。

为此，比较了每个都由焦距80mm的准直透镜和焦距为250mm的聚焦透镜构成的两个光学系统。一个系统由ZnS透镜构成另一个有熔融硅石透镜构成。

使用光束分析器记录被每个系统聚焦的激光光束的焦散。此器件测量光束直径，在位于聚焦束腰的任意一侧约10mm的距离上传播的连续平面中，86％的激光能量被包含在此直径的圆斑内。

根据记录的焦散，可以确定激光光束沿其传播方向的焦平面位置。在延长的聚焦光学部件的暴露期间，可以通过进行一系列光束分析监控焦平面的位置变化。

在这些实验期间，每个光学系统都暴露约30分子。在被研究的光学配置中，在透镜上的光束具有9.6mm的直径，导致在2kW处约2.8kW/cm²的功率密度。

图4比较了通过由ZnS构成的透镜系统聚焦的光束焦点的位置改变与由熔融硅石(Si)构成的系统。对每条曲线，第一点对应在执行200W的第一光束分析期间记录的位置。在此功率下，由热致透镜效应引起的焦点漂移可忽略。测量的位置可以认为对应于打开激光器后的瞬间光束焦点的位置。然后从此位置测量焦点漂移。因此，曲线上的第一点对应于焦点的零漂移。

图5显示，对于焦点的纵向漂移，熔融硅石(Si)系统比ZnS系统更大。因此，使用ZnS有助于减少在高功率下辐射光学部件期间的焦点漂移量值。

还研究了准直透镜的边缘厚度改变的影响。为此，用包括具有2mm边缘厚度E的准直透镜的ZnS透镜系统获得的焦点位移量值与包括具有7mm边缘厚度E的准直透镜的ZnS透镜系统获得的焦点位移量值进行比较。

图5使用上述方法比较了通过两个系统聚焦的光束焦点的位置改变。

可以看出当准直透镜减薄后纵向焦点漂移增加。

通过结合本发明的光学器件，凭借使焦点漂移的量值和损坏激光器件的问题保持受到控制，可以保证激光切割工艺(更具体地说，在使用固态激光器(具体地使用光纤激光器)的激光切割工艺的情况下)的耐久性。

Claims (16)

1.一种包括准直透镜(13)和聚焦透镜(14)的激光光束聚焦头，所述聚焦头的特征在于：

准直透镜(13)和聚焦透镜(14)由ZnS构成并且具有至少5mm的边缘厚度，以及

偏转镜(15)，以在40和50°之间的入射角(α)操作，被设置在所述聚焦头中的激光光束的路径中，并在所述准直透镜(13)和所述聚焦透镜(14)之间。

2.根据权利要求1的聚焦头，其特征在于，所述准直透镜(13)和所述聚焦透镜(14)具有在5和10mm之间的边缘厚度。

3.根据权利要求2的聚焦头，其特征在于，所述准直透镜(13)和所述聚焦透镜(14)具有在6和8mm之间的边缘厚度。

4.根据前述权利要求中任一项的聚焦头，其特征在于，所述准直透镜(13)和所述聚焦透镜(14)具有在35和55mm之间的直径。

5.根据前述权利要求1到3中任一项的聚焦头，其特征在于，所述偏转镜(15)由硅石构成。

6.一种激光切割单元，包括：

固态激光装置(SL)，以在1.06和1.10μm之间的波长和在0.1和25kW之间的功率发射激光光束，

根据前述权利要求中任一项的聚焦头，以及

输送光纤(FDC)，将所述固态激光装置(SL)连接到所述聚焦头以便将所述固态激光装置(SL)发射的所述激光光束输送到所述聚焦头。

7.根据权利要求6的单元，其特征在于，所述固态激光装置(SL)是光纤激光器类型。

8.根据权利要求7的单元，其特征在于，所述固态激光装置(SL)是镱掺杂的光纤激光器。

9.根据权利要求6到8中的任一项的单元，其特征在于，所述固态激光装置(SL)以连续、准连续或脉冲模式发射功率在1和5kW之间的激光光束。

10.根据权利要求6到8中的任一项的单元，其特征在于，所述输送光纤(FDC)具有不超过150μm的直径。

11.根据权利要求10的单元，其特征在于，所述输送光纤(FDC)具有50μm或100μm的直径。

12.根据权利要求6到8和11中的任一项的单元，其特征在于，所述固态激光装置(SL)发射BPP在1.6和4mm.mrad之间的激光光束。

13.根据权利要求6到8和11中的任一项的单元，其特征在于，所述输送光纤(FDC)具有50μm的直径和在1.6和2.2mm.mrad之间的BPP，并且所述准直透镜具有在70和120mm之间的焦距。

14.根据权利要求6到8和11中的任一项的单元，其特征在于，所述输送光纤(FDC)具有100μm的直径和在2.6和4mm.mrad之间的BPP，并且所述准直透镜具有在130和180mm之间的焦距。

15.根据权利要求6到8和11中的任一项的单元，其特征在于，所述聚焦透镜具有在200和450mm之间的焦距。

16.一种用于切割金属部件(10)的激光切割方法，其中使用根据权利要求1到5中的任一项的聚焦头或根据权利要求6到15中的任一项的激光切割单元。