CN208224631U - 一种产生低散斑环形光束的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种产生低散斑环形光束的光学系统，该系统包括在同一光路上依次设置的激光器、准直扩束系统、第一锥透镜、第二锥透镜和聚焦透镜，激光器输出激光入射准直扩束系统，准直扩束后的激光光束经过光阑限制后，再经过散斑衰减器形成低散斑准直激光光束，低散斑准直激光光束入射第一锥透镜形成交叉的低散斑锥形光束，在交叉的低散斑锥形光束交叉点后设置有第二锥透镜，交叉的低散斑锥形光束入射第二锥透镜形成中空的低散斑柱状准直激光光束，中空的低散斑柱状准直激光光束入射聚焦透镜后在聚焦平面处形成低散斑环形聚焦光斑。该系统可获得低散斑环形光束，适用于精密激光打孔应用领域，该光学系统结构简单，光束能量利用率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种产生低散斑环形光束的光学系统，属于激光加工技术领域。
背景技术
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。
激光加工属于无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。与传统加工技术相比，激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。
自1960年激光器问世后不久，人们就观察到了一种现象：被激光照明的物体，其表面呈现颗粒状结构，这种颗粒状态被取名为"激光散斑"。这种强度随机分布的散斑图样，可以由激光在粗糙表面反射或激光通过不均匀媒质时产生。因为大多数物体表面对光波的波长（以氦氖激光器为例，λ≈0.6μm）来讲是粗糙的，由于激光的高度相干性，当光波从物体表面反射时，物体上各点到适当距离的观察点的振动是相干的，因此观察点的光场是由粗糙表面上各点发出的相干子波的叠加。因为粗糙度大于光波波长，所以物体各点发出子波到达观察点的位相是随机分布的，相干叠加结果就产生了散斑的随机强度图样──颗粒状。激光散斑具有随机性，无空间参照性，它与无线电收音机的电噪声一样，对激光加工有害的。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种产生低散斑环形光束的光学系统。
本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：一种产生低散斑环形光束的光学系统，该系统包括在同一光路上依次设置的激光器、准直扩束系统、第一锥透镜、第二锥透镜和聚焦透镜，所述激光器沿光轴Z方向放置，在准直扩束系统与第一锥透镜之间放置有用于对激光光束进行限制的光阑，所述激光器用于产生激光，所述激光器与准直扩束系统间隙设置，第一锥透镜与第二锥透镜对称设置，第一锥透镜的锥角与第二锥透镜的锥角相等，准直扩束系统与第一锥透镜之间设置有散斑衰减器，所述散斑衰减器放置于光学平台上，所述散斑衰减器包括驱动机构、支架和毛玻璃，所述驱动机构上架设有支架，所述支架上等间距设置有用于与毛玻璃连接的连接桥，支架为刚性材质，连接桥为柔性硅胶或弹簧，驱动机构驱动支架高频振动，进而带动连接桥上的毛玻璃跟着高频振动；激光器输出激光入射准直扩束系统，准直扩束后的激光光束经过光阑限制后，再经过散斑衰减器形成低散斑准直激光光束，低散斑准直激光光束入射第一锥透镜形成交叉的低散斑锥形光束，在交叉的低散斑锥形光束交叉点后设置有第二锥透镜，交叉的低散斑锥形光束入射第二锥透镜形成中空的低散斑柱状准直激光光束，中空的低散斑柱状准直激光光束入射聚焦透镜后在聚焦平面处形成低散斑环形聚焦光斑。
优选地，所述激光器为氦氖激光器，氦氖激光器的波长为632.8nm。
优选地，所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。
优选地，所述非球面聚焦透镜的焦距为0.5mm-10mm。
优选地，所述准直扩束系统包括第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜，第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦点重合处放置有空间滤波器。
优选地，所述第一准直扩束透镜为球面镜或非球面镜。
优选地，所述第二准直扩束透镜为球面镜或非球面镜。
优选地，所述第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦距f范围为5mm-20mm。
优选地，所述光阑为小孔或狭缝，所述光阑孔直径可调。
优选地，所述散斑衰减器设置于光阑的后方。本实用新型技术方案的优点主要体现在：该系统可获得低散斑环形光束，适用于精密激光打孔应用领域，该系统使用激光二极管做为光源，大大地缩小整个系统的体积和成本，同时该光学系统结构简单，光束能量利用率高，可产生低散斑环形聚焦光斑，可应用于精密激光打孔领域，该光学系统中各光学元件都可用玻璃材质制造，具有透过率高，抗强激光损伤的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一种产生低散斑环形光束的光学系统的结构示意图。
图2为本实用新型的锥面透镜的结构示意图。
图3为本实用新型的散斑衰减器的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型揭示了一种产生低散斑环形光束的光学系统，如图1所示，该系统包括在同一光路上依次设置的激光器1、准直扩束系统2、第一锥透镜3、第二锥透镜4和聚焦透镜5，所述激光器1沿光轴Z方向放置，所述激光器为氦氖激光器，氦氖激光器的波长为632.8nm。
在准直扩束系统2与第一锥透镜3之间放置有用于对激光光束进行限制的光阑6，所述光阑为小孔或狭缝，所述光阑孔直径可调，当所述光阑为狭缝时，所述狭缝方向作用于所述激光器的快轴方向。
所述激光器1用于产生激光，所述激光器1与准直扩束系统2间隙设置，第一锥透镜3与第二锥透镜4对称设置，第一锥透镜3的锥角与第二锥透镜4的锥角相等，图2为第一锥透镜的结构示意图。
所述准直扩束系统与第一锥透镜之间设置有散斑衰减器7，所述散斑衰减器7放置于光学平台上，所述散斑衰减器设置于光阑的后方。如图3所示，所述散斑衰减器7包括驱动机构71、支架72和毛玻璃73，所述驱动机构上架设有支架72，所述支架上等间距设置有用于与毛玻璃连接的连接桥74，支架为刚性材质，连接桥为柔性硅胶或弹簧，具体地，支架由刚性材料制成，连接桥为柔性的硅胶或者弹簧，驱动机构驱动支架高频振动，进而带动连接桥上的毛玻璃跟着高频振动，起到激光散斑衰减的作用。所述散斑衰减器的工作电压为5V，工作温度为-20°C -65°C，存储温度为-40°C -100°C。所述散斑衰减器可通过动态扩散激光光束消除激光系统中的本地干扰和大幅减少斑点噪音。该散斑衰减器提供结构小巧，内置的驱动电子元件以及较少震动的斑点衰减功能，是光束均匀化的理想选择，在使用过程中，该散斑衰减器可调整激光斑点分布，使其形成均匀分布的光线。
所述聚焦透镜5为非球面聚焦透镜，所述非球面聚焦透镜的焦距为0.5mm-10mm。所述准直扩束系统2包括第一准直扩束透镜21与第二准直扩束透镜22，第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦点重合处放置有空间滤波器8。所述第一准直扩束透镜为球面镜或非球面镜，所述第二准直扩束透镜为球面镜或非球面镜，所述第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦距f范围为5mm-20mm。
所述激光器和准直扩束系统安装好后，调节所述激光器和准直扩束系统之间的距离，使得所述准直扩束系统的出射光束准直扩束。所述激光器输出激光入射准直扩束系统，准直扩束后的激光光束经过光阑限制后，再经过散斑衰减器形成低散斑准直激光光束，低散斑准直激光光束入射第一锥透镜形成交叉的低散斑锥形光束，在交叉的低散斑锥形光束交叉点后设置有第二锥透镜，交叉的低散斑锥形光束入射第二锥透镜形成中空的低散斑柱状准直激光光束，中空的低散斑柱状准直激光光束入射聚焦透镜后在聚焦平面9处形成低散斑环形聚焦光斑10。
该系统使用激光二极管做为光源，大大地缩小整个系统的体积和成本，同时该光学系统结构简单，光束能量利用率高，可产生低散斑环形聚焦光斑，可应用于精密激光打孔领域，该光学系统中各光学元件都可用玻璃材质制造，具有透过率高，抗强激光损伤的优点。
该系统在使用过程中安装方便，装调容易，易于实现，结构紧凑，成本较低，光转换效率高，可应用于对光束质量要求高的仪器设备中，可以有效地实现激光的整形、扩束和匀光效果，整形后的光束质量高，可用于精密激光打孔应用领域，适合在产业上推广使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所述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，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：该系统包括在同一光路上依次设置的激光器、准直扩束系统、第一锥透镜、第二锥透镜和聚焦透镜，所述激光器沿光轴Z方向放置，在准直扩束系统与第一锥透镜之间放置有用于对激光光束进行限制的光阑，所述激光器用于产生激光，所述激光器与准直扩束系统间隙设置，第一锥透镜与第二锥透镜对称设置，第一锥透镜的锥角与第二锥透镜的锥角相等，准直扩束系统与第一锥透镜之间设置有散斑衰减器，所述散斑衰减器放置于光学平台上，所述散斑衰减器包括驱动机构、支架和毛玻璃，所述驱动机构上架设有支架，所述支架上等间距设置有用于与毛玻璃连接的连接桥，支架为刚性材质，连接桥为柔性硅胶或弹簧，驱动机构驱动支架高频振动，进而带动连接桥上的毛玻璃跟着高频振动；激光器输出激光入射准直扩束系统，准直扩束后的激光光束经过光阑限制后，再经过散斑衰减器形成低散斑准直激光光束，低散斑准直激光光束入射第一锥透镜形成交叉的低散斑锥形光束，在交叉的低散斑锥形光束交叉点后设置有第二锥透镜，交叉的低散斑锥形光束入射第二锥透镜形成中空的低散斑柱状准直激光光束，中空的低散斑柱状准直激光光束入射聚焦透镜后在聚焦平面处形成低散斑环形聚焦光斑。
2.根据权利要求1所述的一种，其特征在于：所述激光器为氦氖激光器，氦氖激光器的波长为632.8nm。
3.根据权利要求1所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述聚焦透镜为非球面聚焦透镜。
4.根据权利要求3所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述非球面聚焦透镜的焦距为0.5mm-10mm。
5.根据权利要求1所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述准直扩束系统包括第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜，第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦点重合处放置有空间滤波器。
6.根据权利要求5所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述第一准直扩束透镜为球面镜或非球面镜。
7.根据权利要求5所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述第二准直扩束透镜为球面镜或非球面镜。
8.根据权利要求5所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述第一准直扩束透镜与第二准直扩束透镜的焦距f范围为5mm-20mm。
9.根据权利要求1所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述光阑为小孔或狭缝，所述光阑孔直径可调。
10.根据权利要求1所述的一种产生低散斑环形光束的光学系统，其特征在于：所述散斑衰减器设置于光阑的后方。
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