CN105689889B - 一种用于激光微加工的组合透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚焦镜技术领域，提供一种用于激光微加工的组合透镜，该组合透镜包括光线从物方到像方依次排列在同一光轴上的第一、第二以及第三透镜，第一透镜为双凸聚焦镜，第二透镜为平凹聚焦镜，第三透镜为平面镜，其中平凹聚焦镜相对光轴旋转形成夹角，夹角的大小以及双凸聚焦镜、平凹聚焦镜和平面镜之间的设置间距为当采用准直镜入射激光的波长是1064nm时，其组合透镜焦距是50mm，藉由前述构造，解决了适于激光微加工聚焦镜的技术问题，达成了加工精度高的良好效果。

Description

一种用于激光微加工的组合透镜
技术领域
本发明提供一种透镜，尤其是指提供一种用于激光微加工的组合透镜。
背景技术
随着激光微精加工技术领域的发展，需要加工的物品越来越多，对于加工精度的要求也越来越精细，尤其超短脉冲激光的广泛应用更是为微加工领域提供了更多的加工空间，它的应用也越来越广泛。
衍射是光束的最基本和普遍的光学现象，它影响着经典的波动现象，在光学领域，光场的横向强度分布不变的一类光束被称为无衍射光束，即能够满足的条件是：
其中，k⊥为波矢的横向分量，k⊥+β2＝k2；
此类光束具有一些新颖的自弯曲和自加速性质，满足赫姆霍兹方程在傍轴近似条件下可以得到支配电磁波函数φ的动力学性质的(1+1)维傍轴波动方程：
其中s＝x/x0为无量纲横向坐标，x0为任意横截量，为归一化的纵向传播距离。
此类光束的能量主峰沿抛物线型自弯曲传播，但是总的能量传播方向依然是沿直线传播的；当他们的一部分波前被遮挡的时候，经过一段距离的传播，光束的强度分布会恢复原貌；此类光束可以很好地完成现在超短脉冲激光加工的要求。
超短脉冲激光加工主要用于超精细的切圆，切倒角，划线等等，而对这些精细加工的加工材料对于光的聚焦效果也是要求很高，加工效果并不是传统的透镜可以解决的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种用于激光微加工的组合透镜。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种用于激光微加工的组合透镜，包括光线从物方到像方依次排列在同一光轴上的第一、第二以及第三透镜，第一透镜为双凸聚焦镜，第二透镜为平凹聚焦镜，第三透镜为平面镜，其中：平凹聚焦镜相对光轴旋转形成夹角，夹角的大小以及双凸聚焦镜、平凹聚焦镜和平面镜之间的设置间距为当采用准直镜入射激光的波长是1064nm时，其组合透镜焦距是50mm。
在本发明实施例中，双凸聚焦镜包括第一凸面及第二凸面，平凹聚焦镜包括凹面及平面，平面透镜包括第一平面及第二平面。
在本发明实施例中，平凹聚焦镜的平面对应第一平面设置，而第二凸面对应凹面设置。
在本发明实施例中，双凸聚焦镜为对称球面镜，凹面为凹进球面。
在本发明实施例中，组合透镜在不同膜系中应用不同超短脉冲激光波长的加工。
在本发明实施例中，组合透镜的聚焦光束为艾里光束(Airy beam)。
本发明与现有技术相比，其有益的效果是：激光经过准直镜准直之后，入射到本发明的透镜上面，利用三片透镜组合实现，如第二透镜相对光轴旋转一定角度，得到所需相位模式，如通过第一透镜及第三透镜校正第二透镜产生的不需要的像差后，得到所需要的聚焦效果，因此提升了在精细加工时超短脉冲激光的聚焦效果。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图。
图2是本实施例中聚焦镜的弥散斑图。
图3是本实施例中聚焦镜的点扩散函数图。
图4是本实施例中的聚焦镜的三维点扩散函数图。
图5是本实施例中的激光传播路径图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
请参阅图1并结合参阅图2至图5，其中，图1是本实施例的结构示意图，图中提供了一种用于激光微加工的组合透镜，包括光线从物方到像方依次排列在同一光轴上的第一、第二以及第三透镜，其中：第一透镜为双凸聚焦镜，第二透镜为平凹聚焦镜，第三透镜为平面镜，设置时平凹聚焦镜相对光轴旋转有夹角α，夹角α的大小以及双凸聚焦镜、平凹聚焦镜和平面镜的间距为当采用准直镜入射激光的波长是1064nm时，其组合透镜焦距是50mm。藉此得到所需的相位模式。例如：某种像差，双凸聚焦镜的第一凸面S1及第二凸面S2以及平面透镜的第一平面S5及第二平面S6校正平凹聚焦镜(包括凹面S3及平面S4)产生的不需要的像差后，得到需要的聚焦效果。然而凹面S3为凹进球面，通过凹聚焦镜旋转与光轴形成有夹角α，并利用凹进球面产生所需要的像差，同时在夹角α的作用下放大某种像差。
在本发明实施例中，双凸聚焦镜为对称球面镜，对称球面镜可补偿由其产生的不需要的像差，藉此突出需要的聚焦光斑的特点。
在本发明实施例中，组合透镜在不同膜系时，能够应用于不同超短脉冲激光波长的加工领域，其中：组合透镜的聚焦光束具备Airy beam的特点，可以改善激光加工的效果。

Claims (6)

1.一种用于激光微加工的组合透镜，包括光线从物方到像方依次排列在同一光轴上的第一、第二以及第三透镜，其中第一透镜为双凸聚焦镜，第二透镜为平凹聚焦镜，第三透镜为平面镜，其特征在于：平凹聚焦镜相对光轴旋转形成夹角，夹角的大小以及双凸聚焦镜、平凹聚焦镜和平面镜之间的设置间距为当采用准直镜入射激光的波长是1064nm时，其组合透镜焦距是50mm。
2.如权利要求1所述的组合透镜，其特征在于：双凸聚焦镜包括第一凸面及第二凸面，平凹聚焦镜包括凹面及平面，平面透镜包括第一平面及第二平面。
3.如权利要求2所述的组合透镜，其特征在于：平凹聚焦镜的平面对应第一平面设置，而第二凸面对应凹面设置。
4.如权利要求3所述的组合透镜，其特征在于：双凸聚焦镜为对称球面镜，凹面为凹进球面。
5.如权利要求4所述的组合透镜，其特征在于：组合透镜在不同膜系中应用不同超短脉冲激光波长的加工。
6.如权利要求5所述的组合透镜，其特征在于：组合透镜的聚焦光束为艾里光束(Airybeam)。
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