CN105676423A - 一种透镜组件及得到无衍射光束的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种透镜组件，包括：从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；其中，所述第一透镜以将高斯光束转换成倒高斯光束；所述第二透镜为非球面透镜；入射激光穿过所述透镜组件通过波前重构算法转化为无衍射光束。激光经过此透镜组件之后，光束通过波前重构进行了光束的整形得到无衍射光束，进而能够很好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率。

Description

一种透镜组件及得到无衍射光束的方法
技术领域
本发明涉及激光切割加工技术领域，特别是一种利用波前重构方法得到的用于激光切割加工的透镜组件。
背景技术
随着激光加工技术领域的发展，需要加工的物品也随之增多，对于加工精度的要求也越来越精细。但由于激光切割技术受到激光焦深等影响无法完成一次性切割，进而加工效率随之降低，无法满足目前市场对激光切割技术加工效率的要求。
在自由空间中，光波要满足波动方程：
( ▿ 2 - 1 c 2 ∂ 2 ∂ t 2 ) E ( r , t ) = 0
上式中利用分离变量与空间分离来求解，分离后空间的部分为：
( ▿ 2 + k 2 ) φ ( r , t ) = 0
该方程的横向部分存在最简单的Bessel函数，因此可以得到光场的横向强度分布不变的一类光束，被称为无衍射光束，而保持光束细而且在一段距离内不发散的“无衍射光束”是我们追求的一个目标。
为了提高激光切割的加工效率，满足市场上对于激光切割技术的技术要求，并不是传统的透镜可以解决的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率的透镜。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种透镜组案件，包括：
从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；
其中，所述第一透镜以通过镀膜的方式将高斯光束转换成倒高斯光束；
所述第二透镜为非球面透镜；
入射激光穿过所述透镜组件通过波前重构的方式转化为无衍射光束。
优选地，当所述入射激光的波长为1064nm时，所述透镜组的焦距为20mm。
优选地，所述透镜组的入瞳直径为20mm。
优选地，不同膜系时，所述透镜组件应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。
另一方面，还提供了一种得到无衍射光束的方法，包括以下步骤：
准直镜对激光进行准直；
准直后的入射激光穿过透镜组件得到所述无衍射光束；
其中，所述透镜组件包括：从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；
所述第一透镜以将高斯光束转换成倒高斯光束；
所述第二透镜为非球面透镜。
优选地，当所述入射激光的波长为1064nm时，所述透镜组的焦距为20mm。
优选地，所述透镜组的入瞳直径为20mm。
优选地，不同膜系时，所述透镜组件应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，激光经过准直镜准直之后，入射到本发明实施例提供的透镜组件上面，利用两片透镜组成的透镜组件完成，第一片透镜是一片能够将高斯光束转换成倒高斯光束的透镜，第二片透镜是一片非球面透镜，经过第二片透镜的聚焦后，即可得到我们所需要的光斑效果即无衍射光束。同时，本发明实施例提供的透镜组件在不同的膜系时，可以应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。进而，能够很好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种透镜组件的结构示意图；
图2为利用本发明实施例提供的透镜组件得到的弥散斑图；
图3为利用本发明实施例提供的透镜组件得到的点扩散函数图；
图4为利用本发明实施例提供的透镜组件得到的三维点扩散函数图；
图5为本发明实施例提供的透镜组件得到的光束延z轴分布图；
图6为本发明实施例提供的一种得到无衍射光束的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为了能够更好的改善激光切割加工技术，提高激光切割的加工效率而得到如背景技术中所述的无衍射光束。
即应该能够满足的条件是：
E(ρ,z,t)＝exp[i(az-wt)]J0(βρ)
其中，α2+β2＝k2＝w2/c2，ρ2＝x2+y2；
此类无衍射光束的光斑是一个中心光斑和一些同心的圆环光斑，中心光斑光强最大，其次光强依次递减，沿光束传播方向的光强分布不会发生改变，仅产生扩散，在一定范围内接近无衍射光束。当他们的一部分波前被遮挡的时候，经过一段距离的传播，光束的强度分布将会恢复原貌，此类光束可以在一定范围内提高光束的焦深。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种透镜组件的结构示意图。本发明实施例提供了一种透镜组案件，包括：
从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；其中，所述第一透镜以将高斯光束转换成倒高斯光束；所述第二透镜为非球面透镜；入射激光穿过所述透镜组件通过波前重构的方式转化为无衍射光束。
优选地，如图1中所示，第一透镜为具有第一平面S1和第二平面S2的平面透镜，第二透镜为具有第三平面S3和第四曲面S4的非球面透镜。
优选地，当所述入射激光的波长为1064nm时，所述透镜组的焦距为20mm，所述透镜组的入瞳直径为20mm。
优选地，不同膜系时，所述透镜组件应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域，能够更好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率的透镜，为激光切割带来多重可能性。
本发明实施例是经过准直的激光经过此透镜组件之后，光束通过波前重构进行了光束的整形，整形后的光斑与传统的聚焦光斑不同，光斑是一个中心光斑和一些同心的圆环光斑，中心光斑光强最大，其次光强依次递减，沿光束传播方向的光强分布不会发生改变，仅产生扩散，在一定范围内接近无衍射光束。具体效果图如图2、图3、图4、图5所示，分别为利用本发明实施例提供的透镜组件得到的弥散斑图、点扩散函数图、三维点扩散函数图、光束延z轴分布图。即经过准直的激光经过此透镜组件之后，光束通过波前重构进行了光束的整形相当于加大了瑞利距离即焦深，而且聚焦光束也很小，有助于激光切割加工领域的不同的加工需求。
如图6所示，本发明实施例提供的一种得到无衍射光束的方法流程图。所述包括以下步骤：
S101：准直镜对激光进行准直；
S102：准直后的入射激光穿过透镜组件得到所述无衍射光束；
其中，所述透镜组件包括：从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；第一透镜用以将高斯光束转换成倒高斯光束；第二透镜为非球面透镜。优选地，步骤101中的准直激光的方法本领域技术人员应该了解能够实现的技术方案即可，并不是本发明实施例中的发明重点，因此，在此不进行赘述。
具体地，方法实施例中的透镜组件与上述装置中的透镜组件相同，因此，在此不进行赘述。
激光经过准直镜准直之后，入射到本发明实施例提供的透镜组件上面，利用两片透镜组成的透镜组件完成，第一片透镜是一片能够将高斯光束转换成倒高斯光束的透镜，第二片透镜是一片非球面透镜，经过第二片投镜的聚焦后，即可得到我们所需要的光斑效果即无衍射光束。同时，本发明实施例提供的透镜组件在不同的膜系时，可以应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。进而，能够很好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率。
此说明书中所描述的许多功能部件都被称为模块，以便更加特别地强调其实现方式的独立性。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种透镜组件，其特征在于，包括：从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；
其中，所述第一透镜以将高斯光束转换成倒高斯光束；
所述第二透镜为非球面透镜；
入射激光穿过所述透镜组件通过波前重构的方式转化为无衍射光束。
2.如权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，当所述入射激光的波长为1064nm时，所述透镜组件焦距为20mm。
3.如权利要求2所述的透镜组件，其特征在于，所述透镜组件的入瞳直径为20mm。
4.如权利要求1-3任意一项所述的透镜组件，其特征在于，不同膜系时，所述透镜组件应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。
5.一种得到无衍射光束的方法，其特征在于，包括以下步骤：
准直镜对激光进行准直；
准直后的入射激光穿过透镜组件得到所述无衍射光束；
其中，所述透镜组件包括：从物方到像方一次放置的第一透镜，及与所述第一透镜位于同一光轴上的第二透镜；
所述第一透镜以将高斯光束转换成倒高斯光束；
所述第二透镜为非球面透镜。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述入射激光的波长为1064nm时，所述透镜组的焦距为20mm。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述透镜组的入瞳直径为20mm。
8.如权利要求5-7任意一项所述的方法，其特征在于，不同膜系时，所述透镜组件应用于不同超短脉冲激光波长的切割加工领域。
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