CN209664572U - 分体式激光聚焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分体式激光聚焦装置，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和输出聚焦镜，第一反射镜、第三反射镜的反射面为平面，第二反射镜的反射面为环形的圆弧状凹面或等效的菲涅尔面型，输出聚焦镜设有锥面，第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜，第二反射镜接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，第三反射镜接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，输出聚焦镜接收第三反射镜的出射光线，并由输出聚焦镜设有的锥面出射，形成近似贝塞尔光束。其能量利用率高，且输出聚焦镜轴上位置聚焦范围内，输出的近似贝塞尔光束的中心光斑大小和光强基本不变。

Description

分体式激光聚焦装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及一种分体式激光聚焦装置。

背景技术

贝塞尔光束的光斑直径最小可达波长量级且能在很长的距离内基本保持不变，相比高斯光束具有更长的焦深，因此非常适合用来做激光微加工，特别是在加工大深径比材料中具有不可比拟的优势。

理想的贝塞尔光束由于占据无限大的空间并拥有无穷大的能量，无法在现实中实现，但是人们可以通过实验方法获得近似贝塞尔光束。迄今为止，研究人员已经提出了许多种产生贝塞尔光束的实验方法，这些方法大致可以分为两类：主动式和被动式。所谓主动式就是通过特定结构的谐振腔由激光器直接产生贝塞尔光束(又叫谐振腔法)，而被动式是指通过一定的方法将其他光束转换为贝塞尔光束。常见的被动式产生贝塞尔光束的方法主要有：环缝－透镜法，计算全息法，轴锥镜法，球面像差法，空间光调制器法、波导法等。比较上述几种方法，各有优缺点：环缝－透镜法结构简单、易于实现，但是对入射光的能量利用率较低；计算全息法结构也较为简单，但是对全息片有较高的质量要求；球面像差透镜法结构较为灵活，但是球面像差透镜设计与加工工艺复杂，而且中心光斑大小和光强随位置会发生变化；轴锥镜法结构简单，能产生高质量的贝塞尔光束，能量利用率比环缝－透镜法大大提高，是目前激光微加工的主流方式，然后轴锥镜法对轴锥镜加工精度要求较高，实际激光微加工的深度一般在几百个微米到几个毫米的量级，对应入射轴锥面处需要环状光斑，能力利用率虽然比环缝－透镜法高很多，但是还是需要遮挡大量的激光能量，中心光斑大小虽然能保持固定，光强随位置会发生变化，并且有可能存在剧烈的震动，图1为现有技术轴锥镜法提供的平面波通过轴锥镜后的轴上光强分布曲线，上述这些缺点限制了轴锥镜法在激光微加工中的直接应用和推广。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种分体式激光聚焦装置，其能量利用率高，且轴上位置聚焦范围内，输出的近似贝塞尔光束的中心光斑大小和光强基本不变，以利于进行激光微加工，尤其是对大深径比材料的激光微加工。

本实用新型是这样实现的：一种分体式激光聚焦装置，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和输出聚焦镜，所述第一反射镜、第三反射镜的反射面为平面，第二反射镜的反射面为环形的圆弧状凹面或与其等效的菲涅尔面型，所述输出聚焦镜设有锥面，所述第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，所述输出聚焦镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线，在光束与输出聚焦镜设有的锥面最初相交的初交截面处形成一个环状的光场分布，出射光线由输出聚焦镜设有的锥面出射，在激光聚焦装置出射轴线方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强稳定的近似贝塞尔光束。

进一步地，第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜。小角度入射，提高光束成像聚焦质量。

进一步地，第一反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜沿激光入射方向依次设置，第一反射镜的入射光轴、第三反射镜的出射光轴以及输出聚焦镜的轴心线位于同一直线上，且与第二反射镜的轴心线垂直。

进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜分别固定在封装固定架上，降低安装调试难度。

进一步地，在第一反射镜的激光入射方向设置可调倍率扩束装置，用于将激光器的出射激光进行扩束后出射给第一反射镜。本实用新型根据需要调节扩束倍率，使扩束后的高斯光束的发散角更小，减小经过各个反射镜光束发散角变大的影响。扩束后的高斯光束作为本装置的入射光入射到第一反射镜。

进一步地，所述输出聚焦镜为圆锥形或圆台形，第三反射镜的出射光线由输出聚焦镜的圆锥底面或圆台下底面入射，由其圆锥侧面或圆台侧面出射。

进一步地，当输出聚焦镜为圆台形时，所述输出聚焦镜设置为中空结构，中空直径与圆台的上底面直径相同；圆台的上底面直径与光束和锥面最末相交的截面直径相同即光束与锥面在圆台的上底面边缘最末相交。

进一步地，在输出聚焦镜的非工作区域放置遮光材料遮挡杂光。

进一步地，当输出聚焦镜为实心圆台形时，在输出聚焦镜的上底面设置遮光材料遮挡杂光。

进一步地，第二反射镜的反射面以其轴心线为旋转轴，由向内凹的圆弧段旋转360度而成，形成环形的圆弧状凹面；向内凹的圆弧段一端的端头延伸至第二反射镜中心，另一端的端头延伸至第二反射镜的该端面最外缘。

进一步地，光束与第三反射镜的锥面的初交截面的环状光场分布为两端光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向(垂直轴向)半径成反比关系的光场分布，使得光束与第三反射镜的锥面的初交截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场。

进一步地，光束与第三反射镜的锥面的初交截面处径向的相位与中心相位差不超过2π。

第二反射镜根据反射面的不同，可以分为具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效的菲涅尔反射镜。

进一步地，与具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜等效的菲涅尔反射镜可以通过衍射光学元件的方法设计。

进一步地，所述分体式激光聚焦装置中的具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜可以采用金刚石车削工艺，以铝合金材料为原料加工，并涂覆高反射膜。该工艺简单成熟，成本低。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，计算圆锥体或圆台体内的光场分布范围，按高精度要求加工成圆锥面或圆台侧面。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，计算圆锥体或圆台体内的光场分布范围，只在工作范围对应的圆锥面或圆台侧面位置，按高精度要求加工成圆锥面或圆台侧面。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，其入射高斯光束的能量和光斑大小要与之匹配。如增大高斯光束半径，能够增加其无衍射距离。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，其加工圆锥体或圆台体的底角大小要与之匹配。如减小圆锥体或圆台体的底角，能增加其无衍射距离。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，圆锥体或圆台体的材料折射率要与之匹配。如减圆锥体或圆台体的折射率，能增加其无衍射距离。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置的圆锥体或圆台体的非工作范围可以镂空或去除，以减轻重量。

进一步地，所述的分体式激光聚焦装置的圆锥体或圆台体的非工作范围对应的出射端以及镂空或去除的部位可以放置吸光遮光材料，以去除杂光。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜，使得本装置能量利用率高，几乎整个入射激光光斑的能量都能利用。所述第一反射镜用于接收入射激光束并反射至具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜，具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜的出光光路上，用于接收具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜、第三反射镜共同达到光束整形和传输的效果，将入射的高斯光束整形成环状光场分布，且使光束与第二反射镜的锥面初交截面处的环状光场分布为内外侧圆环光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向半径成反比关系的光场分布，使得截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场；初交截面处径向的相位与中心相位差不超过2π；而出射端的输出聚焦镜的圆锥面或圆台侧面起到聚焦作用，光经过输出聚焦镜的锥面出射后，在输出聚焦镜光轴方向设定范围内形成中心光斑大小和光强基本不变的近似贝塞尔光束。

(2)分体式激光聚焦装置内部各个部件用封装固定架固定大大简化了安装调试难度，大大降低了安装调试误差。

(3)分体式激光聚焦装置的分体式设计，可以减小体吸收。

(4)具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜，可以采用金刚石车削工艺，以铝合金材料为原料加工，并涂覆高反射膜。这种传统非球面加工方式不需要通过集成电路的光刻工艺获得，加工制作成本大大降低。

(5)根据光束聚焦设计要求，计算工作圆锥面或圆台侧面的范围，减少需要保证精度的加工圆锥面或圆台侧面范围，降低了加工成本。

(6)根据光束聚焦设计要求，计算激光束在圆锥体或圆台体中的光场分布范围，将光场不经过的位置镂空或去除，并放置遮光材料，有利于减轻重量，提高散热效果，消除杂散光影响，利于在轴向上光场强度的均匀性。

总之，本实用新型克服了现有聚焦技术能量利用率低、加工制作成本高、安装调试难度大、中心光斑大小和光强随位置会发生变化甚至可能存在剧烈的振动等问题，本实用新型使得在输出聚焦镜光轴聚焦范围内，输出的近似贝塞尔光束的中心光斑大小和光强基本不变，同时大大降低安装调试难度，以利于进行激光微加工，尤其是对大深径比材料的激光微加工。

附图说明

图1为现有技术轴锥镜法提供的平面波通过轴锥镜后的轴上光强分布曲线；

图2为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的作为入射光的扩束后的高斯光束示意图；

图4为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜的结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的第三反射镜和圆锥镜部分的放大图；

图7为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面(初交截面)即标注5所在位置光场分布图；

图8为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面(初交截面)即标注5所在位置径向r对应的光强分布；

图9为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面(初交截面)即标注5所在位置径向r对应的相位分布；

图10为图3的扩束后的高斯光束通过本实用新型第一种实施例的分体式激光聚焦装置的输出贝塞尔光束轴上光强分布曲线；

图11为图10的贝塞尔光束轴上光强分布曲线中心横坐标或光强稳定处对应的截面光强分布曲线；

图12为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的封装固定示意图；

图13为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第二种实施例的结构示意图；

图14为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第二种实施例的等效菲涅尔反射镜的结构示意图；

图15为图14的左视图；

图16为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第二种实施例的第三反射镜和圆台镜部分的放大图；

图17为本实用新型的分体式激光聚焦装置的圆台镜的一种实施例的示意图；

图18为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第二种实施例的封装固定示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种分体式激光聚焦装置，包括第一反射镜1、第二反射镜、第三反射镜3和输出聚焦镜，所述第一反射镜、第三反射镜均为平面反射镜，第二反射镜可以为具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜21或与具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜等效的菲涅尔反射镜22，所述输出聚焦镜具有输出锥面，如可以采用圆锥镜41或圆台镜42，所述第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，所述输出聚焦镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线，第三反射镜的出射光线由输出聚焦镜的圆锥底面或圆台下底面423入射，在光束与输出聚焦镜的圆锥侧面或圆台侧面最初相交的初交截面5处形成一个环状的光场分布，由其圆锥侧面或圆台侧面出射，在输出聚焦镜中心轴线方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强相对稳定的近似贝塞尔光束。

初交截面处的环状光场分布为内外侧圆环光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向半径成反比关系的光场分布，使得截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场；所述初交截面处径向的相位与中心相位差不超过2π。

实施例一

参见图2，本实用新型的第一种实施例提供的激光聚焦装置的结构示意图如图2所示，激光聚焦装置由第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜、第三反射镜、圆锥镜构成，第一反射镜、第三反射镜均为平面反射镜。入射激光束经过第一反射镜反射后小角度入射到具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜上，经过具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜反射，再由第三反射镜反射后，进入圆锥镜，由圆锥侧面出射。根据光束聚焦要求，计算聚焦装置内的光场分布范围，计算加工圆锥体的底角大小，匹配圆锥体材料折射率，按要求加工成所述圆锥体，尤其是按高精度要求加工输出圆锥面。

第一反射镜、第三反射镜、圆锥镜沿激光入射方向依次设置，第一反射镜的入射光轴、第三反射镜的出射光轴以及圆锥镜的轴心线位于同一直线上，且与凹面反射镜的环形的圆弧状凹面的轴心线垂直；第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜、第三反射镜、圆锥镜按照图2所示准确放置。

进一步地，在第一反射镜的激光入射方向设置可调倍率扩束装置，用于将激光器的出射激光进行扩束后出射给第一反射镜。本实用新型根据需要调节扩束倍率，使扩束后的高斯光束的发散角更小，减小经过各个反射镜光束发散角变大的影响。扩束后的高斯光束作为本装置的入射光入射到第一反射镜。如图3所示为本实用新型的第一种实施例的作为入射光的扩束后的高斯光束示意图，所述高斯光束轴线与第一反射镜的光轴在一条直线上。根据光束聚焦要求，高斯光束的能量和光斑大小与之匹配。所述高斯光束作为分体式激光聚焦装置的入射光入射第一反射镜。

如图4所示为本实用新型的第一种实施例的具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜的过中心的轴向截面的结构示意图，第二反射镜的反射面以其轴心线为旋转轴，由向内凹的圆弧段212旋转360度而成，形成环形的圆弧状凹面；向内凹的圆弧段一端的端头延伸至第二反射镜中心，另一端的端头延伸至第二反射镜的该端面最外缘,使反射镜本体的反射面中心形成锥形凸面。锥形凸面的锥尖位于反射镜本体的轴心线上，锥尖到反射镜本体底面的轴向长度小于反射镜本体的轴向长度(即反射镜本体外圆柱面的轴向长度)。

表明具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜关于轴心的对称性。

如图5所示为图4的左视图，表明具有环形的圆弧状凹面211的凹面反射镜关于该左视图圆心的旋转对称性，结合图4，可以清楚明了所述凹面反射镜的结构。

如图6所示为本实用新型的第一种实施例的第三反射镜和圆锥镜部分的放大图，也就是图2中除去第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜部分的放大图。

图7为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面即初交截面5所在位置光场分布图，表明入射的扩束后的高斯光束经过第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜和第三反射镜的光束整形和传输的效果，在初交截面形成环状光场分布，其中阴影表示光通过的区域，线状阴影即标注7代表径向光强高斯下降区域，网状阴影即标注6代表径向光强线性下降区域。

图8为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面(初交截面)即标注5所在位置径向r对应的光强分布，初交截面的环状光场分布为两端光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向(垂直轴向)半径成反比关系的光场分布，使得初交截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场。线状阴影代表径向光强高斯下降区域即初交截面上两端高斯下降光强对应的激光传输区域7，网状阴影代表径向光强线性下降区域，即初交截面上中间光强对应的激光传输区域6。

图9为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的光束与圆锥体锥面最初相交的截面5(初交截面)所在位置径向r对应的相位分布，所述初交截面5处径向的相位与中心相位差不超过2π。中心指的是，图8径向r对称网格阴影的中心。

在初交截面处形成如图7所述的环状光场分布如图8所述的光强分布和如图9所述的相位分布的激光经过出射端圆锥面出射后，在圆锥镜光轴方向设定范围(距离锥尖[9.75-10.25mm])形成一个中心光斑大小和光强相对稳定的近似贝塞尔光束，如图6所示，标注为8为贝塞尔光束区域。所述出射锥面实际起到了聚焦效果。所述贝塞尔光束的轴上光强分布曲线如图10所示，轴上光强分布曲线的两端光强为高斯函数的下降关系，中间光强相对稳定基本不变。图8和图10的两端光强为高斯函数的下降关系，下降点一一对应。

图11为图10所述贝塞尔光束轴上光强分布曲线中心横坐标或光强稳定处对应的截面光强分布曲线，图上左右对称的第一过零点对应所述贝塞尔光束的直径，所述贝塞尔光束的轴上光强在0.5mm间隔范围内基本不变，在此范围内，其中心光斑大小也相对稳定，直径约为2um。

图12为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第一种实施例的封装固定示意图，标注9所示粗线为封装固定架，将聚焦装置的第一反射镜、具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜、第三反射镜、圆锥镜分别固定在封装固定架9上，可在外部进行微调，降低安装调试难度。

实施例二

本实用新型的第二种实施例提供的激光聚焦装置的结构示意图如图13所示，激光聚焦装置由第一反射镜、等效菲涅尔反射镜、第三反射镜、圆台镜构成，第一反射镜、第三反射镜均为平面反射镜。入射激光束经过第一反射镜反射后小角度入射到等效菲涅尔反射镜上，经过等效菲涅尔反射镜反射，再由第三反射镜反射后，进入圆台镜，由圆台侧面出射。所述的分体式激光聚焦装置，根据光束聚焦要求，计算聚焦装置内的光场分布范围，计算加工圆台体的底角大小，匹配圆台体材料折射率，按要求加工成所述圆台体，尤其是按高精度要求加工成输出圆台侧面。第一反射镜与第三反射镜的光轴同轴，等效菲涅尔反射镜的轴线与第一反射镜与第三反射镜的光轴垂直，第一反射镜、等效菲涅尔反射镜、第三反射镜、圆台镜按照图13所示准确放置。

实施例二的光路，聚焦装置以及出射后的贝塞尔工作区各个截面上的光场分布以及光强分布都与实施例一相一致，相比实施例一，实施例二中区别在于，具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜变为等效菲涅尔反射镜，出射圆锥镜变成了圆台镜。所述圆台镜可以看作实施例一中的圆锥镜在光束与圆锥体锥面最末相交的截面(末交截面)处截断。在圆台镜上底面即所述末交截面处放置遮光材料遮挡杂光，在圆台侧面的非工作区域放置遮光材料遮挡杂光。相比实施例一，降低了高精度输出面加工成本，减轻了重量，减少了杂光。且相比第一种实施例的具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜，第二种实施例的等效菲涅尔反射镜更加节省原料，易于加工，降低成本。

如图14所示为本实用新型的第二种实施例的等效菲涅尔反射镜的结构示意图，表明等效菲涅尔反射镜关于轴心的对称性。

如图15所示为本实用新型的第二种实施例的等效菲涅尔反射镜的左视图，表明等效菲涅尔反射镜关于该左视图圆心的旋转对称性，结合图14等效菲涅尔反射镜的结构示意图，可以清楚明了所述等效菲涅尔反射镜的结构。

如图16所示为本实用新型的第二种实施例的第三反射镜和圆台镜部分的放大图，也就是图13中除去第一反射镜、等效菲涅尔反射镜部分的放大图。

如图18所示为本实用新型的分体式激光聚焦装置的第二种实施例的封装固定示意图，标注9所示粗线为封装固定架，将聚焦装置的第一反射镜、等效菲涅尔反射镜、第三反射镜、圆台镜固定起来，可在外部进行微调，简化安装调试难度。所述第二种实施例的封装固定架与所述第一种实施例的封装固定架相同。

实施例三

所述第二反射镜为与具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜等效的菲涅尔反射镜。本实施例的其他技术特征与实施例一相同。本例中第二反射镜为本实用新型的第二种实施例的等效菲涅尔反射镜，相比第一种实施例的具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜，等效菲涅尔反射镜更加节省原料，易于加工，降低成本。如图14所示为本实用新型的第二种实施例的等效菲涅尔反射镜的过中心的轴向截面的结构示意图，表明等效菲涅尔反射镜关于轴心的对称性。如图15所示为图14的左视图，表明等效菲涅尔反射镜关于该左视图圆心的旋转对称性，结合图14，可以清楚明了所述等效菲涅尔反射镜的结构。

实施例四

所述输出聚焦镜采用圆台镜。本实施例的其他技术特征与实施例一相同。所述圆台镜可以看作实施例一中的圆锥镜在光束与圆台镜锥面最末相交的截面(末交截面)处截断。在圆台镜上底面即所述末交截面处放置遮光材料遮挡杂光，在圆台侧面的非工作区域放置遮光材料遮挡杂光。相比实施例一，降低了高精度输出面加工成本，减轻了重量，减少了杂光。

实施例五

本实用新型的第五种实施例，聚焦装置的结构，加工方式，光路，聚焦装置以及出射后的贝塞尔工作区各个截面上的光场分布以及光强分布，封装固定方式都与实施例二或实施例四相一致，也在圆台侧面的非工作区域放置遮光材料遮挡杂光。区别在于实施例五中，聚焦装置中的圆台镜中部设有圆柱形的镂空部421，参见图17，镂空圆柱以圆台镜上底面422为底面，以圆台镜的高为高，这种情况下，圆台镜上底面是空的，不必放置遮光材料。相比实施例一、实施例三，降低了高精度输出面加工成本，减轻了重量，减少了杂光。相比实施例二、实施例四，重量进一步减轻，更加节省原料，降低成本。

总体而言，本实用新型通过设计分体式激光聚焦装置，入射激光束经过第一反射镜反射后小角度入射到具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜上，经过具有环形的圆弧状凹面的凹面反射镜或等效菲涅尔反射镜反射，再由第三反射镜反射后，进入圆锥镜或圆台镜，在锥面5初交截面处形成所述环状的光场分布，经过出射端圆锥面或圆台侧面出射后，在圆锥镜或圆台镜光轴方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强相对稳定的近似贝塞尔光束，借此，本实用新型能够增大能量利用率低、减少加工制作成本、降低安装调试难度、稳定轴上位置聚焦范围内输出近似贝塞尔光束中心光斑大小和光强，以利于进行激光微加工，尤其是对大深径比材料的激光微加工。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分体式激光聚焦装置，其特征在于：包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和输出聚焦镜，所述第一反射镜、第三反射镜的反射面为平面，第二反射镜的反射面为环形的圆弧状凹面或与其等效的菲涅尔面型，所述输出聚焦镜设有锥面，所述第一反射镜用于接收入射激光束并反射至第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至输出聚焦镜，所述输出聚焦镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线，在光束与输出聚焦镜设有的锥面最初相交的初交截面处形成一个环状的光场分布，出射光线由输出聚焦镜设有的锥面出射，在激光聚焦装置出射轴线方向设定范围内形成一个中心光斑大小和光强稳定的近似贝塞尔光束。

2.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：第一反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜沿激光入射方向依次设置，第一反射镜的入射光轴、第三反射镜的出射光轴以及输出聚焦镜的轴心线位于同一直线上，且与第二反射镜的轴心线垂直。

3.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：第一反射镜的出射光线小角度入射第二反射镜。

4.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：初交截面处的环状光场分布为内外侧圆环光强为高斯函数的下降关系，中间光强为与径向半径成反比关系的光场分布，使得截面径向上中间光强对应半径范围内，每一点对应的无限小积分圆环面积上的能量相等，有利于获得轴向分布均匀的光场；所述初交截面处径向的相位与中心相位差不超过2π。

5.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、输出聚焦镜分别固定在封装固定架上。

6.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：在第一反射镜的激光入射方向设置可调倍率扩束装置，用于将激光器的出射激光进行扩束后出射给第一反射镜。

7.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：所述输出聚焦镜为圆锥形或圆台形，第三反射镜的出射光线由输出聚焦镜的圆锥底面或圆台下底面入射，由其圆锥侧面或圆台侧面出射。

8.根据权利要求7所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：当输出聚焦镜为圆台形时，所述输出聚焦镜设置为中空结构，中空直径与圆台的上底面直径相同；圆台的上底面直径与光束和锥面最末相交的截面直径相同即光束与锥面在圆台的上底面边缘最末相交。

9.根据权利要求7所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：当输出聚焦镜为实心圆台形时，在输出聚焦镜的上底面设置遮光材料遮挡杂光。

10.根据权利要求1所述的分体式激光聚焦装置，其特征在于：第二反射镜的反射面以其轴心线为旋转轴，由向内凹的圆弧段旋转360度而成，形成环形的圆弧状凹面；向内凹的圆弧段一端的端头延伸至第二反射镜中心，另一端的端头延伸至第二反射镜的该端面最外缘。