CN104423048A - 红外激光定倍扩束镜及扩束装置 - Google Patents

Abstract

一种红外激光定倍扩束镜，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置。所述第一透镜为双凸型晶体正透镜，所述第二透镜为双凹型晶体负透镜，所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6倍。所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6，小于1，由此其出瞳直径就小于入瞳直径，从而使入射激光束在聚焦之前预先聚焦一次，进而可提高光学系统的聚焦度。由此可知，所述红外激光定倍扩束镜无需通过扩大扩束镜倍率的方式即可获得提高光学系统的聚焦度的效果。还提供一种红外激光定倍扩束装置。所述红外激光定倍扩束镜设置在激光光路上。

Description

红外激光定倍扩束镜及扩束装置

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种用于激光加工的缩小倍率的红外激光定倍扩束镜及扩束装置。

背景技术

随着激光加工使用范围的日益扩大，近年来，特别是大功率激光器的加工应用受到越来越广的重视。从激光器发出的激光束具有一定的发散角，对于激光加工来说，只有通过扩束镜的调节使激光光束变为准直（平行）光束，才能利用聚焦镜获得细小的高功率密度光斑。在激光测距中，必须通过扩束镜最大限度地改善激光的准直度才能得到理想的远距离测量效果。通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备。扩束镜配合空间滤光片使用则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。

传统的通过扩大扩束镜倍率的方式进行大倍率的扩束，但是这种方式的光学系统的聚焦度很低。

发明内容

基于此，有必要提供一种可以提高聚焦度的红外激光定倍扩束镜及扩束装置。

一方面，提供一种红外激光定倍扩束镜，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置，所述第一透镜为双凸型晶体正透镜，所述第二透镜为双凹型晶体负透镜，所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6倍。

在其中一个实施例中，所述入射激光束的最大直径为14mm。

在其中一个实施例中，所述入射激光束为波长1064nm的红外激光束。

在其中一个实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上的间距为50mm，公差范围为±5%。

在其中一个实施例中，所述红外激光定倍扩束镜的光学总长为54mm、工作功率为50w。

在其中一个实施例中，所述第一透镜包括朝向入射激光束的第一凸面和背向入射激光束的第二凸面，所述第一凸面的曲率半径为20mm，所述第二凸面的曲率半径为-500mm。

在其中一个实施例中，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度为3mm，且其公差范围为±5%。

在其中一个实施例中，所述第二透镜包括朝向入射激光束的第一凹面和背向入射激光束的第二凹面，所述第一凹面的曲率半径为-63mm，所述第二凹面的曲率半径为80mm。

在其中一个实施例中，所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度为1mm，且其公差范围为±5%。

另一方面，提供一种红外激光定倍扩束装置，包括前述的红外激光定倍扩束镜，所述红外激光定倍扩束镜设置在激光光路上。

上述所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6，小于1，由此其出瞳直径就小于入瞳直径，从而使入射激光束在聚焦之前预先聚焦一次，进而可提高光学系统的聚焦度。由此可知，所述红外激光定倍扩束镜无需通过扩大扩束镜倍率的方式即可获得提高光学系统的聚焦度的效果。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例提供的红外激光定倍扩束镜的光学系统示意图；

图2为图1所示红外激光定倍扩束镜的弥散图；

图3为图1所示红外激光定倍扩束镜的象散和畸变图；

图4为图1所示红外激光定倍扩束镜的光学传递函数MTF图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图示实施例中的红外激光定倍扩束镜包括一个第一透镜L1和一个第二透镜L2。所述第一透镜L1和所述第二透镜L2位于同一光轴上，且所述第一透镜L1和所述第二透镜L2依次沿入射激光束的传输方向设置。所述第一透镜L1为双凸型晶体正透镜，所述第二透镜L2为双凹型晶体负透镜。所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6倍。

可以理解的是，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2均由光学玻璃或光学塑料制成。

可以理解的是，所述红外激光定倍扩束镜可将入射激光束的直径扩束0.6倍后，仍是一束平行光射出。可知所述红外激光定倍扩束镜的倍率小于1，为一种缩小倍率的扩束镜，而非传统的扩大倍率的扩束镜。

图示实施例中，所述入射激光束的最大直径为14mm，即所述红外激光定倍扩束镜允许的入射激光束的最大直径Φ为14mm。

图示实施例中，所述入射激光束为波长1064nm的红外激光束，即所述红外激光定倍扩束镜的工作波长λ为1064nm。

图示实施例中，所述红外激光定倍扩束镜的光学总长L为54mm、工作功率为50w。

所述红外激光定倍扩束镜中，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2的结构参数为：所述第一透镜L1和所述第二透镜L2在所述光轴上的间距为d2，其公差范围为±5%。所述第一透镜L1包括第一凸面S1和第二凸面S2。所述第一凸面S1朝向入射激光束，所述第二凸面S2背向入射激光束。所述第一凸面S1的曲率半径为R1，所述第二凸面S2的曲率半径为R2。所述第一透镜L1在所述光轴上的中心厚度为d1，且其公差范围为±5%。所述第二透镜包括第一凹面S3和第二凹面S4。所述第一凹面S3朝向入射激光束，所述第二凹面S4背向入射激光束。所述第一凹面S3的曲率半径为R3，所述第二凹面S4的曲率半径为R4，所述第二透镜L2在所述光轴上的中心厚度为d3，且其公差范围为±5%。

图示实施例中，d1=3mm，d2=50mm，R1=20mm，R2=-500mm，R3=-63mm，R4=80mm，d3=1mm，如表1所示。

以下，本发明结合具体实例对所述红外激光定倍扩束镜进行说明。

Φ=14mm，λ=1064nm，β=0.6x，d2=50mm，L=54mm。

其中，Φ为所述红外激光定倍扩束镜允许的最大入射激光束的直径，即所述红外激光定倍扩束镜可接收的入射激光束的最大光束直接为14mm。λ为波长，即所述红外激光定倍扩束镜的入射激光束的波长为1064nm。β为扩束倍数，即所述红外激光定倍扩束镜将入射激光束的直径扩束0.6倍后，仍然是一束平行光射出，可解决红外激光束的整形扩大激光束直径以提高成像质量的需求。d2为所述第一透镜L1和所述第二透镜L2在所述光轴上的间距。L为光学总长，即入射激光束从进入所述红外激光定倍扩束镜开始到感应器（sensor）的感光面的距离。

表1所述红外激光定倍扩束镜具体尺寸参数

曲面S	曲率半径R（mm）	曲面间隔d（mm）
			1	20	3
2	-500	50
			3	-63	1
4	80

图示实施例中，参数范围如下：

1）R1～R4，△R1～R4≤±5%（R1～R4）

2）d1～d3，△d1～d3≤±5%（d1～d3）

由上述具体试验参数可知所述红外激光定倍扩束镜的工作过程为：最大光束直径为14mm的入射激光束，射向所述红外激光定倍扩束镜时，首先通过正的所述第一透镜L1将所述入射激光束变为聚焦光束，并射向所述第二透镜L2，然后再通过负的所述第二透镜L2整形后，出射为平行激光束。

可以理解的是，所述入射激光束经过所述红外激光定倍扩束镜后出射的平行激光束的最大直径为8.6mm（14mm×0.6）左右。

由于激光束的不规整，其发散角并不是预定的数量，为此，所述红外激光定倍扩束镜中的所述第一透镜L1和所述第二透镜L2在所述光轴上的间距d2是可调节的，可通过镜筒的机械调节来实现。

通过调节所述第一透镜L1和所述第二透镜L2在所述光轴上的间距为d2=50mm，即可方便地对入射激光束进行平行光的整形。

请参阅图2，为图示实施例提供的所述红外激光定倍扩束镜的弥散图，由图可知，成像质量较高，且表明由0⁰视场到全视场，所述红外激光定倍扩束镜的弥散圆都极为一致，且其误差都在1μ之内。

请参阅图3，为图示实施例提供的所述红外激光定倍扩束镜的象散和畸变图，由图可知，所述红外激光定倍扩束镜将整个视场控制在极佳的状态，可达到理想状态。

请参阅图4，为图示实施例提供的所述红外激光定倍扩束镜的光学传递函数MTF图，由图可知，所述红外激光定倍扩束镜的分辨能力较高，可达到理想状态。

还提供一种红外激光定倍扩束装置，包括前述的红外激光定倍扩束镜，所述红外激光定倍扩束镜设置在激光光路上。

所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6，倍率小于1，由此其出瞳直径就小于入瞳直径，从而使入射激光束在聚焦之前预先聚焦一次，进而可提高光学系统的聚焦度。由此可知，所述红外激光定倍扩束镜无需通过扩大扩束镜倍率的方式即可获得提高光学系统的聚焦度的效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种红外激光定倍扩束镜，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置，其特征在于，所述第一透镜为双凸型晶体正透镜，所述第二透镜为双凹型晶体负透镜，所述红外激光定倍扩束镜的倍率为0.6倍。

2.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述入射激光束的最大直径为14mm。

3.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述入射激光束为波长1064nm的红外激光束。

4.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜在所述光轴上的间距为50mm，公差范围为±5%。

5.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述红外激光定倍扩束镜的光学总长为54mm、工作功率为50w。

6.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述第一透镜包括朝向入射激光束的第一凸面和背向入射激光束的第二凸面，所述第一凸面的曲率半径为20mm，所述第二凸面的曲率半径为-500mm。

7.如权利要求6所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度为3mm，且其公差范围为±5%。

8.如权利要求1所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述第二透镜包括朝向入射激光束的第一凹面和背向入射激光束的第二凹面，所述第一凹面的曲率半径为-63mm，所述第二凹面的曲率半径为80mm。

9.如权利要求8所述的红外激光定倍扩束镜，其特征在于，所述第二透镜在所述光轴上的中心厚度为1mm，且其公差范围为±5%。

10.一种红外激光定倍扩束装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的红外激光定倍扩束镜，所述红外激光定倍扩束镜设置在激光光路上。