一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，非球面鏡的一面為平凸非球面，另一面為平面，非球面鏡一側(cè)設(shè)有聚焦焦面，在非球面鏡與聚焦焦面之間設(shè)有聚焦實(shí)心光束末端，且非球面鏡與聚焦實(shí)心光束末端之間為交錯(cuò)實(shí)心光束，形成一段貝塞爾高斯光束段，聚焦實(shí)心光束末端與聚焦焦面之間為空心光束，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，采用的非球面鏡能夠聚焦獲得貝塞爾高斯光束，形成中心范圍能量分布極高，邊緣分布極低聚焦光束段，其高功率密度范圍光斑極小，單向焦深極長(zhǎng)，能夠?qū)す馐Ｊ骄哂休^廣的普適性，可大幅改善并提高透明材料激光精細(xì)加工工藝。
【專利說(shuō)明】
一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)透鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]激光加工技術(shù)是利用激光與物質(zhì)相互作用的特性進(jìn)行激光切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等，其中尤以激光切割、打孔、微加工等工藝對(duì)聚焦激光束特性要求相對(duì)較高。同等激光功率下，往往須同時(shí)具備聚焦光斑小、焦深長(zhǎng)、峰值功率密度高，才能更大限度提升加工速度與質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)如今，激光切割占據(jù)激光加工工藝過(guò)半市場(chǎng)成為主流，大部分激光切割光路采用光學(xué)性能較好的鏡片組合甚至非球面鏡。然而，常規(guī)鏡片、鏡組以及非球面鏡獲得的聚焦光斑小時(shí)，則焦深長(zhǎng)度受限;滿足了焦深長(zhǎng)度，則光斑較大而峰值功率降低。
[0004]而對(duì)于激光切割新型加工行業(yè)中的透明材料切割，連續(xù)輸出激光器配合普通鏡片或鏡組并不能獲得高效的切割速度與質(zhì)量，除了連續(xù)輸出激光器峰值功率不夠高外，透明材料的高透射性及普通鏡片或鏡組的焦深與光斑大小無(wú)法兼容，需要脈沖激光器與特殊鏡片或鏡組配合提高透明材料的切割速度與質(zhì)量。
[0005]軸向多焦點(diǎn)鏡片能夠一定程度上彌補(bǔ)常規(guī)鏡片、鏡組及非球面鏡的不足，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚焦光斑小、焦深較長(zhǎng)。缺點(diǎn)是，軸向多焦點(diǎn)鏡片受限于激光束模式組成、入射光束尺寸、聚焦段光束相干相消等多因素，從而影響使用穩(wěn)定性和范圍。
[0006]軸錐透鏡能夠獲得貝塞爾光束，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦深小光斑高功率峰值能量分布。不足的是，單獨(dú)的軸錐透鏡焦深范圍內(nèi)由于光斑外徑較大，使得光斑峰值功率密度并不夠高，且對(duì)機(jī)械裝配精度要求極高，難以單獨(dú)廣泛用于工業(yè)激光加工行業(yè)。
[0007]為改善現(xiàn)有透明材料的激光切割、打孔、微加工等加工工藝，提高鏡片聚焦段焦深長(zhǎng)度與光斑尺寸兼容性，提高峰值功率密度，同時(shí)降低裝配精度要求，降低光路鏡片數(shù)量與復(fù)雜度，以適用于一般場(chǎng)合，本實(shí)用新型提出一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面透鏡，對(duì)平行入射光聚焦可獲得貝塞爾高斯光束，聚焦段高能量分布范圍光斑小、焦深極長(zhǎng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡。，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，包括非球面鏡，所述非球面鏡的一面為平凸非球面，另一面為平面，所述非球面鏡一側(cè)設(shè)有聚焦焦面，在所述非球面鏡與所述聚焦焦面之間設(shè)有聚焦實(shí)心光束末端，且所述非球面鏡與所述聚焦實(shí)心光束末端之間為交錯(cuò)實(shí)心光束，形成一段貝塞爾高斯光束段，所述聚焦實(shí)心光束末端與所述聚焦焦面之間為空心光束。
[0010]優(yōu)選的，所述平凸非球面采用圓心偏離光軸的圓錐球面面型構(gòu)造或其他面型，所述非球面鏡另一面采用平面或曲面或平面與曲面的組合。
[0011]優(yōu)選的，所述非球面鏡采用正裝配方式或反裝配方式，所述非球面鏡的入射光束采用圓形平行入射光或近平行高斯、類高斯光束，且聚焦光斑位置對(duì)應(yīng)于非球面鏡前后焦點(diǎn)位置。
[0012]優(yōu)選的，所述非球面鏡入射光束后，聚焦焦面形成空心環(huán)形光斑，所述非球面鏡鏡面與聚焦光束段實(shí)心末端端面之間為貝塞爾高斯光束。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，采用的非球面鏡能夠聚焦獲得貝塞爾高斯光束，形成中心范圍能量分布極高，邊緣分布極低聚焦光束段，其高功率密度范圍光斑極小，單向焦深極長(zhǎng)，能夠?qū)す馐Ｊ骄哂休^廣的普適性，可大幅改善并提高透明材料激光精細(xì)加工工藝。
【附圖說(shuō)明】

[0014]圖1為本實(shí)用新型的非球面鏡及光路剖切圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的原理分解剖切圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0017]請(qǐng)參閱圖1-2，本實(shí)用新型提供一種技術(shù)方案:一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，包括非球面鏡1，非球面鏡I的一面為平凸非球面，另一面為平面，非球面鏡I可分解為平凸鏡5與軸錐透鏡6，所述非球面鏡I 一側(cè)設(shè)有聚焦焦面3，在所述非球面鏡I與所述聚焦焦面3之間設(shè)有聚焦實(shí)心光束末端2，且所述非球面鏡I與所述聚焦實(shí)心光束末端2之間為交錯(cuò)實(shí)心光束，形成一段貝塞爾高斯光束段4，所述聚焦實(shí)心光束末端2與所述聚焦焦面3之間為空心光束，貝塞爾高斯光束段的特點(diǎn)是，越靠近聚焦實(shí)心光束末端2前的最小光斑位置，貝塞爾高斯光束峰值功率密度越高，可用于彌補(bǔ)傳遞過(guò)程中的能量損失，可利用靠近聚焦實(shí)心光束末端2的高峰致密度貝塞爾高斯光束段進(jìn)行透明材料的激光精細(xì)加工。
[0018]本實(shí)施例中，平凸非球面采用圓心偏離光軸的圓錐球面面型構(gòu)造或其他面型，所述非球面鏡I另一面采用平面或曲面或平面與曲面的組合，本實(shí)用新型選用平凸非球面鏡方案，但涵蓋平凸鏡面型的其他組合。
[0019]本實(shí)施例中，非球面鏡I采用正裝配方式或反裝配方式，所述非球面鏡I的入射光束采用圓形平行入射光或近平行高斯、類高斯光束，且聚焦光斑位置對(duì)應(yīng)于非球面鏡I前后焦點(diǎn)位置。激光束光束質(zhì)量越好，聚焦效果貝塞爾高斯光束效果越好，峰值功率密度越高；非球面鏡I入射光束后，聚焦焦面形成空心環(huán)形光斑，所述非球面鏡I鏡面與聚焦光束段實(shí)心末端端面之間為貝塞爾高斯光束。
[0020]圖1中，工作原理:非球面鏡I的入射光束為圓形高斯或類高斯平行光束，當(dāng)圓形高斯或類高斯平行光束入射非球面鏡后，獲得聚焦光斑中心峰值功率密極高，同時(shí)邊緣功率密度極低的貝塞爾高斯光束段。
[0021]圖2中，工作原理:在平行或近平行圓形高斯、類高斯光束入射時(shí)，平凸鏡5對(duì)光束進(jìn)行聚焦，聚焦光束經(jīng)過(guò)軸錐透鏡6形成交錯(cuò)匯聚光束，從而在聚焦焦面3形成空心環(huán)形光斑，軸錐透鏡6與聚焦實(shí)心光束末端2之間為貝塞爾高斯光束段4。
[0022]另外，本實(shí)用新型可衍生為聚焦鏡與軸錐透鏡組合，兩者原理基本一致，屬同一范疇，聚焦鏡可以為球面鏡，可以是非球面鏡，也可以是鏡組，軸錐透鏡錐角較小，兩者放置位置可以互換。
[0023]本實(shí)用新型的非球面鏡，基于激光器出光方式、功率與光束質(zhì)量等參數(shù)，對(duì)發(fā)散光源進(jìn)行合理準(zhǔn)直，或?qū)π〕叽缃叫谐錾涔鈹U(kuò)束，以獲得適當(dāng)大小的近平行入射光，光束為高斯或類高斯光束，通過(guò)入射到非球面鏡激光束參數(shù)，可設(shè)計(jì)出相應(yīng)短焦距參數(shù)的該種非球面鏡，使得聚焦光束貝塞爾高斯光束段中心能量分布極高，邊緣能量分布極低，單向焦深極長(zhǎng)且無(wú)旁瓣。
[0024]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，采用的非球面鏡能夠聚焦獲得貝塞爾高斯光束，形成中心范圍能量分布極高，邊緣分布極低聚焦光束段，其高功率密度范圍光斑極小，單向焦深極長(zhǎng)，能夠?qū)す馐Ｊ骄哂休^廣的普適性，可大幅改善并提高透明材料激光精細(xì)加工工
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[0025]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，包括非球面鏡，其特征在于:所述非球面鏡的一面為平凸非球面，另一面為平面，所述非球面鏡一側(cè)設(shè)有聚焦焦面，在所述非球面鏡與所述聚焦焦面之間設(shè)有聚焦實(shí)心光束末端，且所述非球面鏡與所述聚焦實(shí)心光束末端之間為交錯(cuò)實(shí)心光束，形成一段貝塞爾高斯光束段，所述聚焦實(shí)心光束末端與所述聚焦焦面之間為空心光束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，其特征在于:所述平凸非球面采用圓心偏離光軸的圓錐球面面型構(gòu)造或其他面型，所述非球面鏡另一面采用平面或曲面或平面與曲面的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，其特征在于:所述非球面鏡采用正裝配方式或反裝配方式，所述非球面鏡的入射光束采用圓形平行入射光或近平行高斯、類高斯光束，且聚焦光斑位置對(duì)應(yīng)于非球面鏡前后焦點(diǎn)位置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于軸錐透鏡與聚焦鏡特性的非球面鏡，其特征在于:所述非球面鏡入射光束后，聚焦焦面形成空心環(huán)形光斑，所述非球面鏡鏡面與聚焦光束段實(shí)心末端端面之間為貝塞爾高斯光束。
【文檔編號(hào)】G02B3/02GK205720743SQ201620643902
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月26日
【發(fā)明人】邵華江, 李思佳, 李思泉
【申請(qǐng)人】上海嘉強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)有限公司