CN108508614B - 一种适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜为熔石英透镜，第一透镜和第三透镜为凹凸型正透镜，第二透镜为双凹型负透镜，第一透镜包括第一曲面和第二曲面，第二透镜包括第三曲面和第四曲面，第三透镜包括第五曲面和第六曲面；第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；使用时，光源发射出的红外激光依次透过第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜、第三透镜可同轴移动，以调节第二透镜与第一透镜之间的间距、第三透镜与第二透镜之间的间距，实现红外激光的连续倍率扩束。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是一种适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统。
背景技术
大气中的气体分子和悬浮粒子是光的主要吸收体，气体分子主要是水蒸气、二氧化碳和臭氧分子的吸收，其他分子的吸收在大多数的激光应用中可以忽略。可见光波段激光和1.06um、1.54um、1.57um波长光的大气吸收衰减最小。而镱离子本身能级结构简单不会出现掺铒光纤常见的浓度淬灭现象，所以1.06um光纤激光器功率制约更小。1.06um光纤激光器凭借其泵浦阈值功率低、转换效率高、结构紧凑、散热好、结构紧凑，成为当前激光领域的研究热点。凭借其以上特点该波段激光被广泛应用于激光雷达、激光测距、3D扫描等领域。
随着国民经济的快速发展，对激光切割机的需求日益增加。在激光切割机需求量增加的同时，对激光加工质量的要求也不断提高。影响激光加工质量的主要因素是激光束的聚焦光斑质量和热致形变引起的焦斑位置漂移，它决定着待加工工件的加工精度。在激光加工领域，激光束的出光直径Φ都很小（约为1mm），若直接聚焦如此细的光束，其瑞利斑就会很大。因此，用于激光加工的光学系统一般都要配用扩束镜，将出自激光器的细光束进行扩束，然后再供激光加工聚焦镜进行聚焦。中国专利授权公告号CN103576316B公布了一种红外激光变倍扩束系统及激光加工设备，包括沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜和第三透镜均为平凸型正透镜，所述第二透镜为凸凹型负透镜；并限定了具体的曲率半径等参数。上述扩束系统在高能量激光切割领域使用时，温漂较大极易影响切割精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便的适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统，包括：沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜为熔石英透镜，所述第一透镜和第三透镜为凹凸型正透镜，所述第二透镜为双凹型负透镜， 所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面；所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；使用时，光源发射出的红外激光依次透过所述第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第二透镜、第三透镜可同轴移动，以调节第二透镜与第一透镜之间的间距、第三透镜与第二透镜之间的间距，实现红外激光的连续倍率扩束；采用熔石英材质的透镜进行聚光扩束，有效降低温漂；第二透镜使用双凹负透镜，对第一透镜传递出的光束进行扩束。
进一步，所述第一曲面的曲率半径为-11.6mm，所述第二曲面的曲率半径为9.3mm，第三曲面的曲率半径为9.3mm，第四曲面的曲率半径为-12.7mm，第五曲面的曲率半径为-101.621mm，第六曲面的曲率半径为26.5mm。
进一步，所述第一至第三透镜的中心厚度依次为：3 mm，4mm，7.5mm；所述第一至第三透镜的外径依次为： 10mm，10mm，22mm。
进一步，所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为25.2mm；所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为55.2mm。
发明的技术效果：（1）本发明的适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统，相对于现有技术，使用凹凸正透镜和双凹负透镜相结合，通过第二、第三透镜的移动，实现1至4倍红外光纤激光的连续倍率扩束；（2）采用熔石英镜片，针对高功率的光纤激光使用时不产生影响切割应用的温漂；（3）通过加长的零件间距，减少了距离的敏感性，导致调倍率过程中更加精准，操作性稳定性强。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，本实施例的适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统包括沿入射光线的传输方向共轴设置的第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3。第一透镜L1为凹凸型正透镜，第二透镜L2为双凹型负透镜，第三透镜L3为凹凸型正透镜。第一透镜L1、第二透镜L2及第三透镜L3均为熔石英透镜；其中，第一透镜L1包括沿着入射光线的传输方向排布的第一曲面S1和第二曲面S2，即第一曲面S1和第二曲面S2分别作为光入射面和光出射面。同样的，第二透镜L2包括第三曲面S3和第四曲面S4，第三透镜L3包括第五曲面S5和第六曲面S6。入射光线沿着第一曲面S1向第六曲面S6的方向传输，经过整个扩束系统后得以扩束放大。其中，第一透镜L1的第一曲面S1为内凹球面，曲率半径为-11.6mm，第二曲面S2为外凸球面，曲率半径为9.3mm；第一透镜L1的中心厚度（即第一透镜L1在光轴上的厚度）为3mm，外径为10mm；第一透镜L1的折射率与阿贝数的比例为0.021。第二透镜L2的第三曲面S3为内凹球面，曲率半径为-9.3mm，第四曲面S4为内凹球面，曲率半径为-12.7mm；第二透镜L2的中心厚度为4mm，外径为10mm；第二透镜L2的折射率与阿贝数的比例为0.021。第三透镜L3的第五曲面S5为内凹球面，曲率半径为-101.621mm，第六曲面S6为外凸球面，曲率半径为26.5mm；第三透镜L3的中心厚度为7.5mm，外径为22mm；第三透镜L3的折射率与阿贝数的比例为0.021。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (1)
1.一种适用于1064nm波长的红外激光连续倍率扩束系统，其特征在于，包括：沿入射光线的传输方向依次共轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜为熔石英透镜，所述第一透镜和第三透镜为凹凸型正透镜，所述第二透镜为双凹型负透镜， 所述第一透镜包括沿着入射光线的传输方向排布的第一曲面和第二曲面，第一透镜的第一曲面为内凹球面，第二曲面为外凸球面，第二透镜的第三曲面为内凹球面，所述第二透镜包括第三曲面和第四曲面，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面；所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；使用时，光源发射出的红外激光依次透过所述第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第二透镜、第三透镜可同轴移动，以调节第二透镜与第一透镜之间的间距、第三透镜与第二透镜之间的间距；
所述第一曲面的曲率半径为-11.6mm，所述第二曲面的曲率半径为9.3mm，第三曲面的曲率半径为9.3mm，第四曲面的曲率半径为-12.7mm，第五曲面的曲率半径为-101.621mm，第六曲面的曲率半径为26.5mm；
所述第一至第三透镜的中心厚度依次为：3 mm，4mm，7.5mm；所述第一至第三透镜的外径依次为： 10mm，10mm，22mm；
所述第二曲面与第三曲面在光轴上的间距为25.2mm；所述第四曲面与第五曲面在光轴上的间距为55.2mm；
所述第四曲面为内凹球面，第五曲面为内凹球面，第六曲面为外凸球面，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的折射率与阿贝数的比例为0.021。
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