CN108519680A - 焦点可调节的双波段激光聚焦系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种焦点可调节的双波段激光聚焦系统，至少包括可调准直镜头，所述可调准直镜头可对两种波长的激光进行准直，即允许输入532nm激光和1064nm激光，所述可调准直镜头的激光出射方向处设有一呈45°设置的第一反射镜，经所述第一反射镜反射后的光束射入连续变倍扩束镜，所述连续变倍扩束镜的入射光与所述可调准直镜头的出射光形成的夹角为90°；经所述连续变倍扩束镜扩束后的光束射入聚焦镜头。本发明的有益效果主要体现在：结构简单，设计精巧，实现双波段激光焦点大小的自由调节，具有较广的适用性，同时，生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，尤其涉及一种焦点可调节的双波段激光聚焦系统。
背景技术
激光具有极好的单色性、相干性以及方向性，并且具有极高的亮度。因此，激光已经广泛地应用于国民经济的多个领域。激光器发出的光束直径一般都较小，但是在很多的激光应用场景中，往往需要光束直径较大的激光光束，例如：在激光加工系统中，为了提高工作效率，获得较大的激光照度，则需要在聚焦镜头前得到较大光束直径的入射激光光束；在激光照明系统和全息成像系统中，需要较大光束直径和较小发散角的激光光源作为系统光源。因此，多数的激光应用系统中都会配备扩束镜，尤其是倍率可调的扩束镜，用来扩展激光束的直径，改善激光束的发散角。
目前，大多数的激光扩束镜为某特定的波长设计，仅能用于特定波长光束进行扩束。因此，对于多波长光学系统就需要多个分别适用于不同波长的扩束镜分别对每个波长光束进行扩束，导致系统结构复杂。
专利CN101211002A描述了一种1064nm激光变倍扩束镜，该扩束镜仅能输入1064nm单波长激光，同时该扩束镜可用的扩束倍率为2～8倍，但是存在以下不足：1、可变的扩束倍率范围较小，仅为2～8倍；2、该扩束镜仅适应特定波长1064nm波长的激光器，应用场景收到限制。
另外，为进行远距离激光传输，在光束入射扩束镜前需要进行准直，以使其以平行光的形式向空间发射，传统激光准直镜头仅能对单一波段激光束进行准直，之后再利用合束器进行合束，形成双波段平行激光束，但是这种方法所需光学元件比较多，结构复杂，成本较高，不适合推广使用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种焦点可调节的双波段激光聚焦系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种焦点可调节的双波段激光聚焦系统，至少包括可调准直镜头，所述可调准直镜头可对两种波长的激光进行准直，即允许输入532nm激光和1064nm激光，所述可调准直镜头的激光出射方向处设有一呈45°设置的第一反射镜，经所述第一反射镜反射后的光束射入连续变倍扩束镜，所述连续变倍扩束镜的入射光与所述可调准直镜头的出射光形成的夹角为90°；经所述连续变倍扩束镜扩束后的光束射入聚焦镜头。
优选的，沿激光入射方向，所述可调准直镜头包括依次设置的第一准直镜片、第二准直镜片、第三准直镜片及第四准直镜片，所述第三准直镜片和第四准直镜片可整体相对所述第一准直镜片和第二准直镜片移动。
优选的，所述第一准直镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.4～1.6mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-61～-60mm，其像侧面为凹面，曲率为31～32mm；所述第二准直镜片由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为3.4～3.5mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为35～36mm，其像侧面为凸面，曲率为-200～-199mm；所述第二准直镜片与第一准直镜片之间距离为1.9～2.1mm。
优选的，所述第三准直镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为3.6～3.7mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为28～29mm，其像侧面为凸面，曲率为-44～-43mm；所述第四准直镜片由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为0.8～0.9mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-36～-35mm，其像侧面为凹面，曲率为53～54mm；所述第三准直镜片与第四准直镜片之间距离为1.9～2.1mm。
优选的，所述连续变倍扩束镜与所述可调准直镜头相距4.9～5.1mm，其包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片组、第二扩束镜片组以及第三扩束镜片组，所述第二扩束镜片组和第三扩束镜片组均可相对所述第一扩束镜片组移动。
优选的，所述第一扩束镜片组包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片和第二扩束镜片，所述第一扩束镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9～1.1mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为25～26mm，其像侧面为凸面，曲率为-21～-20m；所述第二扩束镜片由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为1.2～1.4mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-22～-21mm，其像侧面为凹面，曲率为10～11mm；所述第一扩束镜片和第二扩束镜片之间距离为1.2～1.4mm。
优选的，所述第二扩束镜片组为第三扩束镜片，所述第三扩束镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9～1.1mm，口径为4.8～5.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-4～-3mm，其像侧面为凹面，曲率为9～10m。
优选的，所述第三扩束镜片组包括沿激光射入方向依次设置的第四扩束镜片和第五扩束镜片；所述第四扩束镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.9～2.1mm，口径为23～25mm，其物侧面为凹面，曲率为-84～-83mm，其像侧面为凹面，曲率为21～22m；所述第五扩束镜片由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为6.8～7.2mm，口径为23～25mm，其物侧面为凸面，曲率为37～38mm，其像侧面为凸面，曲率为-19～-18mm；所述第四扩束镜片和第五扩束镜片之间距离为1.8～2.2mm。
优选的，所述聚焦镜头至少包括聚焦镜片，其与连续变倍扩束镜相距29～31mm，所述聚焦镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为4.9～5.1mm，口径为25.9～26.1mm，其物侧面为凸面，曲率为29.341mm，圆锥系数K＝-8.721，非球面系数A4＝-1.869E-05，非球面系数A6＝1.285E-08，非球面系数A8＝-2.646E-10，非球面系数A10＝-1.028E-11，其像侧面为平面；
优选的，所述聚焦镜头与连续变倍扩束镜之间还设有相互平行的第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜和第三反射镜与水平面形成的夹角为45°，所述连续变倍扩束镜射出的光束经所述第二反射镜反射后至所述第三反射镜，所述第三反射镜反射后至所述聚焦镜头。
本发明的有益效果主要体现在：
1、结构简单，设计精巧，实现双波段激光焦点大小的自由调节，具有较广的适用性，同时，生产成本较低；
2、可调准直镜头的设置可实现对双波段进行准直，透过率高，无需其他辅助工具，同时，还能将误差降到最低；
3、连续变倍扩束镜的设置可实现激光光束的扩束倍率较大范围进行调节，同时，又可兼容1064nm和532nm波长的激光光束；
4、反射镜的设置可整体降低该装置的高度，同时，使得聚焦位置保持不变，方便定位高度；
5、K9光学玻璃和ZF2光学玻璃相互配合可进行组合，以消除色差，避免误差的产生。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明第一状态结构示意图；
图2：本发明第二状态结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1至图2所示，本发明揭示了一种焦点可调节的双波段激光聚焦系统，至少包括可调准直镜头1，所述可调准直镜头1可对两种波长的激光进行准直，即允许输入532nm激光和1064nm激光，所述可调准直镜头1的设置可实现对双波段进行准直，透过率高，无需其他辅助工具，同时，还能将误差降到最低。具体的，所述可调准直镜头1包括沿激光入射方向依次设置的第一准直镜片11、第二准直镜片12、第三准直镜片13及第四准直镜片14，所述第三准直镜片13和第四准直镜片14可整体相对所述第一准直镜片11和第二准直镜片12移动，通过调节所述第一准直镜片11和第二准直镜片12之间的间距，实现针对不同发散角激光器的准直。
所述第一准直镜片11由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.4～1.6mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-61～-60mm，其像侧面为凹面，曲率为31～32mm。优选的，所述第一准直镜片11的中心厚度为1.5mm，口径为6mm，其物侧面为凹面，曲率为-60.125mm，其像侧面为凹面，曲率为31.622mm。所述第二准直镜片12由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为
3.4～3.5mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为35～36mm，其像侧面为凸面，曲率为-200～-199mm；所述第二准直镜片12与第一准直镜片11之间距离为1.9～2.1mm。优选的，所述第二准直镜片12的中心厚度为3.49mm，口径为6mm，其物侧面为凸面，曲率为35.749mm，其像侧面为凸面，曲率为-199.616mm；所述第二准直镜片12与第一准直镜片11之间距离为2mm。
所述第三准直镜片13由K9光学玻璃制成，中心厚度为3.6～3.7mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为28～29mm，其像侧面为凸面，曲率为-44～-43mm。优选的，所述第三准直镜片13的中心厚度为3.653mm，口径为6mm，其物侧面为凸面，曲率为28.049mm，其像侧面为凸面，曲率为-43.847mm。所述第四准直镜片14由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为0.8～0.9mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-36～-35mm，其像侧面为凹面，曲率为53～54mm；所述第三准直镜片13与第四准直镜片14之间距离为1.9～2.1mm。优选的，所述第四准直镜片14的中心厚度为0.836mm，口径为6mm，其物侧面为凹面，曲率为-35.556mm，其像侧面为凹面，曲率为53.752mm；所述第三准直镜片13与第四准直镜片14之间距离为2mm。
所述可调准直镜头1的激光出射方向处设有一呈45°设置的第一反射镜2，所述第一反射镜2的设置可整体降低该装置的高度，同时，保证经所述可调准直镜头1射出的光束的平行度。经所述第一反射镜2反射后的光束射入连续变倍扩束镜3，所述连续变倍扩束镜3的设置可实现激光光束的扩束倍率较大范围进行调节。具体的，所述连续变倍扩束镜3与所述可调准直镜头1相距5mm，其包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片组31、第二扩束镜片组32以及第三扩束镜片组33，所述第二扩束镜片组32和第三扩束镜片组33均可相对所述第一扩束镜片组31移动。所述连续变倍扩束镜3的设置可实现激光光束的扩束倍率较大范围进行调节，同时，又可兼容1064nm和532nm波长的激光光束.
所述第一扩束镜片组31包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片311和第二扩束镜片312，所述第一扩束镜片311由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9～1.1mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为25～26mm，其像侧面为凸面，曲率为-21～-20m。优选的，所述第一扩束镜片311的中心厚度为1mm，口径为6mm，其物侧面曲率为25.121mm，其像侧面曲率为-20.334m。所述第二扩束镜片312由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为1.2～1.4mm，口径为5.8～6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-22～-21mm，其像侧面为凹面，曲率为10～11mm；所述第一扩束镜片311和第二扩束镜片312之间距离为1.2～1.4mm。优选的，所述第二扩束镜片312的中心厚度为1.3mm，口径为6mm，其物侧面的曲率为-21.35mm，其像侧面曲率为10.701mm；所述第一扩束镜片311和第二扩束镜片312之间距离为1.3mm。
所述第二扩束镜片组32为第三扩束镜片，所述第三扩束镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9～1.1mm，口径为4.8～5.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-4～-3mm，其像侧面为凹面，曲率为9～10m。优选的，所述第三扩束镜片的中心厚度为1mm，口径为5mm，其物侧面的曲率为-3.349mm，其像侧面的曲率为9.223m。
所述第三扩束镜片组33包括沿激光射入方向依次设置的第四扩束镜片331和第五扩束镜片332；所述第四扩束镜片331由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.9～2.1mm，口径为23～25mm，其物侧面为凹面，曲率为-84～-83mm，其像侧面为凹面，曲率为21～22m。优选的，；所述第四扩束镜片331的中心厚度为2mm，口径为24mm，其物侧面的曲率为-83.084mm，其像侧面的曲率为21.295m。所述第五扩束镜片332由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为6.8～7.2mm，口径为23～25mm，其物侧面为凸面，曲率为37～38mm，其像侧面为凸面，曲率为-19～-18mm。优选的，所述第五扩束镜片332的中心厚度为7mm，口径为24mm，其物侧面的曲率为37.58mm，其像侧面的曲率为-18.321mm；所述第四扩束镜片331和第五扩束镜片332之间距离为2mm。
还包括经所述连续变倍扩束镜3扩束后的光束射入的聚焦镜头4。具体的，所述聚焦镜头4至少包括聚焦镜片，其与连续变倍扩束镜3相距30mm，所述聚焦镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为5mm，口径为26mm，其像侧面为平面，其物侧面为凸面，曲率为29.341mm，圆锥系数K＝-8.721，非球面系数A4＝-1.869E-05，非球面系数A6＝1.285E-08，非球面系数A8＝-2.646E-10，非球面系数A10＝-1.028E-11，在自由曲面表述式中：
其中，ROC为曲率半径，C为曲率半径的倒数，K为圆锥系数，A4、A6、A8、A10为高次的系数，一般取A4、A6、A8、A10即可，不必再用更高次项，A4、A6、A8、A10、K以及ROC共同控制自由曲面面型。
本发明中，所述聚焦镜头4与连续变倍扩束镜3之间还设有相互平行的第二反射镜5和第三反射镜6，所述第二反射镜5和第三反射镜6与水平面形成的夹角为45°，所述连续变倍扩束镜3射出的光束经所述第二反射镜5反射后至所述第三反射镜6，所述第三反射镜6反射后至所述聚焦镜头4。
本发明的有益效果主要体现在：
1、结构简单，设计精巧，实现双波段激光焦点大小的自由调节，具有较广的适用性，同时，生产成本较低；
2、可调准直镜头的设置可实现对双波段进行准直，透过率高，无需其他辅助工具，同时，还能将误差降到最低；
3、连续变倍扩束镜的设置可实现激光光束的扩束倍率较大范围进行调节，同时，又可兼容1064nm和532nm波长的激光光束；
4、反射镜的设置可整体降低该装置的高度，同时，使得聚焦位置保持不变，方便定位高度；
5、K9光学玻璃和ZF2光学玻璃相互配合可进行组合，以消除色差，避免误差的产生。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：至少包括可调准直镜头（1），所述可调准直镜头（1）可对两种波长的激光进行准直，即允许输入532nm激光和1064nm激光，所述可调准直镜头（1）的激光出射方向处设有一呈45°设置的第一反射镜（2），经所述第一反射镜（2）反射后的光束射入连续变倍扩束镜（3），所述连续变倍扩束镜（3）的入射光与所述可调准直镜头（1）的出射光形成的夹角为90°；经所述连续变倍扩束镜（3）扩束后的光束射入聚焦镜头（4）。
2.根据权利要求1所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：沿激光入射方向，所述可调准直镜头（1）包括依次设置的第一准直镜片（11）、第二准直镜片（12）、第三准直镜片（13）及第四准直镜片（14），所述第三准直镜片（13）和第四准直镜片（14）可整体相对所述第一准直镜片（11）和第二准直镜片（12）移动。
3.根据权利要求2所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述第一准直镜片（11）由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.4~1.6mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-61~-60mm，其像侧面为凹面，曲率为31~32mm；所述第二准直镜片（12）由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为3.4~3.5mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为35~36mm，其像侧面为凸面，曲率为-200~-199mm；所述第二准直镜片（12）与第一准直镜片（11）之间距离为1.9~2.1mm。
4.根据权利要求3所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述第三准直镜片（13）由K9光学玻璃制成，中心厚度为3.6~3.7mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为28~29mm，其像侧面为凸面，曲率为-44~-43mm；所述第四准直镜片（14）由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为0.8~0.9mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-36~-35mm，其像侧面为凹面，曲率为53~54mm；所述第三准直镜片（13）与第四准直镜片（14）之间距离为1.9~2.1mm。
5.根据权利要求4所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述连续变倍扩束镜（3）与所述可调准直镜头（1）相距4.9~5.1mm，其包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片组（31）、第二扩束镜片组（32）以及第三扩束镜片组（33），所述第二扩束镜片组（32）和第三扩束镜片组（33）均可相对所述第一扩束镜片组（31）移动。
6.根据权利要求5所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述第一扩束镜片组（31）包括沿激光射入方向依次设置的第一扩束镜片（311）和第二扩束镜片（312），所述第一扩束镜片（311）由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9~1.1mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凸面，曲率为25~26mm，其像侧面为凸面，曲率为-21~-20m；所述第二扩束镜片（312）由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为1.2~1.4mm，口径为5.8~6.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-22~-21mm，其像侧面为凹面，曲率为10~11mm；所述第一扩束镜片（311）和第二扩束镜片（312）之间距离为1.2~1.4mm。
7.根据权利要求6所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述第二扩束镜片组（32）为第三扩束镜片，所述第三扩束镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为0.9~1.1mm，口径为4.8~5.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-4~-3mm，其像侧面为凹面，曲率为9~10m。
8.根据权利要求7所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述第三扩束镜片组（33）包括沿激光射入方向依次设置的第四扩束镜片（331）和第五扩束镜片（332）；所述第四扩束镜片（331）由K9光学玻璃制成，中心厚度为1.9~2.1mm，口径为23~25mm，其物侧面为凹面，曲率为-84~-83mm，其像侧面为凹面，曲率为21~22m；所述第五扩束镜片（332）由ZF2光学玻璃制成，中心厚度为6.8~7.2mm，口径为23~25mm，其物侧面为凸面，曲率为37~38mm，其像侧面为凸面，曲率为-19~-18mm；所述第四扩束镜片（331）和第五扩束镜片（332）之间距离为1.8~2.2mm。
9.根据权利要求8所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述聚焦镜头（4）至少包括聚焦镜片，其与连续变倍扩束镜（3）相距29~31mm，所述聚焦镜片由K9光学玻璃制成，中心厚度为4.9~5.1mm，口径为25.9~26.1mm，其物侧面为凸面，曲率为29.341mm，圆锥系数K=-8.721，非球面系数A4=-1.869E-05，非球面系数A6=1.285E-08，非球面系数A8=-2.646E-10，非球面系数A10=-1.028E-11，其像侧面为平面。
10.根据权利要求9所述的焦点可调节的双波段激光聚焦系统，其特征在于：所述聚焦镜头（4）与连续变倍扩束镜（3）之间还设有相互平行的第二反射镜（5）和第三反射镜（6），所述第二反射镜（5）和第三反射镜（6）与水平面形成的夹角为45°，所述连续变倍扩束镜（3）射出的光束经所述第二反射镜（5）反射后至所述第三反射镜（6），所述第三反射镜（6）反射后至所述聚焦镜头（4）。
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2018
- 2018-05-22 CN CN201810492303.8A patent/CN108519680A/zh active Pending
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