本發(fā)明涉及激光切割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚焦透鏡及其激光切割頭。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，激光器的切割頭主要方式都只是單焦點設(shè)計，焦深受光斑大小和焦距長短影響，已經(jīng)到了設(shè)計理念的極限。切割材料過程中，不同材料對光斑大學(xué)和焦距長短要求比較嚴格，例如不銹鋼材料焦點處于材料下表面時，切割效果更好，而碳鋼焦點處于材料上表面時，切割效果更好，在現(xiàn)有單焦點設(shè)計中，很難能夠方便地實現(xiàn)不同表面聚焦或者通過焦點匯聚提高切割的深度。綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種聚焦透鏡及其激光切割頭，能夠增加焦深長度，提高設(shè)備的加工能力和切縫加工質(zhì)量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種聚焦透鏡，所述聚焦透鏡上設(shè)有至少一第一透射單元和一第二透射單元，所述第二透射單元環(huán)繞在所述第一透射單元的外邊緣且所述第一透射單元內(nèi)嵌在所述第二透射單元中間的鏤空部位，所述第一透射單元與所述第二透射單元分別采用不同折射率的第一光學(xué)材料和第二光學(xué)材料制成。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述第一光學(xué)材料和所述第二光學(xué)材料的折射率之差為0.005～0.030，即達到焦點偏移范圍為1～10mm。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述聚焦透鏡為曲面球透鏡、平凸透鏡、其他聚焦鏡片或組合聚焦鏡片，所述第一透射單元和所述第二透射單元分別為內(nèi)透鏡和外透鏡。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述內(nèi)透鏡為曲面內(nèi)圓柱形，所述外透鏡為與所述內(nèi)透鏡相適配的曲面外圓環(huán)柱形，以形成內(nèi)外兩部分在同一聚焦系統(tǒng)的光能量分布。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述內(nèi)透鏡設(shè)在所述外透鏡的中心，且所述內(nèi)透鏡與所述外透鏡的圓心相同，以確保雙焦點的有效耦合。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述外透鏡由高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?，所述?nèi)透鏡由摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?；或者所述外透鏡由摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?，所述?nèi)透鏡由高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?；所述外透鏡和所述內(nèi)透鏡分別逆向摻雜控制折射率的情況，以提高聚焦偏移量。根據(jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧蠟閾诫s鍺元素的高純?nèi)凼⒌牟牧弦蕴岣哒凵渎省；蛘撸鰮诫s高純?nèi)凼⒌牟牧蠟閾诫s氟元素的高純?nèi)凼⒌牟牧弦越档驼凵渎?。根?jù)本發(fā)明所述的聚焦透鏡，所述內(nèi)透鏡與所述外透鏡為一體成型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提出一種包括所述聚焦透鏡的激光切割頭。本發(fā)明通過在所述聚焦透鏡上設(shè)置用不同折射率的材料制成的透射單元，由不同的折射差可產(chǎn)生多個焦點聚焦。借此，本發(fā)明能夠增加焦深長度，提高設(shè)備的加工能力和切縫加工質(zhì)量。附圖說明圖1為本發(fā)明的聚焦透鏡的第一種實施例的正面示意圖；圖2為本發(fā)明的聚焦透鏡的第一種實施例的側(cè)面剖析圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的第一種實施例的光路折射圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)的第二種實施例的光路折射圖；圖5為本發(fā)明的聚焦透鏡的第一種實施例的光路折射圖；圖6為本發(fā)明的聚焦透鏡的第二種實施例的光路折射圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)的第一種實施例激光切割頭的加工示意圖；圖8為本發(fā)明的包括第一種實施例聚焦透鏡的激光切割頭的加工示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由圖1～2示出本發(fā)明所述的第一種實施例的聚焦透鏡100，所述聚焦透鏡100設(shè)有至少一個第一透射單元和一第二透射單元，所述第二透射單元環(huán)繞在第一透射單元的外邊緣且所述第一透射單元內(nèi)嵌在第二透射單元中間的鏤空部位，所述第一透射單元與第二透射單元分別采用不同折射率的第一光學(xué)材料和第二光學(xué)材料制成。由于其采用的所述第一光學(xué)材料和第二光學(xué)材料的折射率不同則通過激光照射時能夠在所述聚焦透鏡上的第一透射單元和第二透射單元分別產(chǎn)生不同的折射光線，從而形成各自的焦點聚焦；當(dāng)然，還可以在所述第二透射單元外再環(huán)繞至少一其他透射單元，并采用與所述第一光學(xué)材料和第二光學(xué)材料不同折射率的材料制成，從而可形成多焦點的聚焦透鏡。所述第一光學(xué)材料和所述第二光學(xué)材料的折射率之差為0.005～0.030，即達到焦點偏移范圍為1～10mm。本實施例中，所述第一光學(xué)材料和第二光學(xué)材料的折射率之差為0.02。實驗表明，折射率變化0.001，則透鏡焦點變化約0.33mm，因此本實施例的折射率之差為0.02，則透鏡焦點變化約為6.6mm，該長度即為本實施例雙焦點聚焦的焦深的長度。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于折射率之差為0.02，也可以通過改變折射率之差而獲取不同的焦深長度，來應(yīng)對不同的切割加工材料。所述聚焦透鏡100為曲面球透鏡、平凸透鏡、其他聚焦鏡片或組合聚焦鏡片。本實施例中優(yōu)選的是，所述聚焦透鏡100為曲面球透鏡，包括分別對應(yīng)于所述第一透射單元和第二透射單元的一內(nèi)透鏡11和一外透鏡12。所述內(nèi)透鏡11為曲面內(nèi)圓柱形，所述外透鏡12為與內(nèi)透鏡11相適配的曲面外圓環(huán)柱形，以形成內(nèi)外兩部分在同一聚焦系統(tǒng)的光能量分布。本實施例優(yōu)選為采用內(nèi)外透鏡各一個，即又一外透鏡12環(huán)繞在一內(nèi)透鏡11的外圍形成一曲面球透鏡且所述外透鏡12比內(nèi)透鏡11的口徑大得多，從而使所述聚焦透鏡100能夠在激光的照射下形成雙焦點聚焦的聚焦透鏡。在切割應(yīng)用中，當(dāng)達到足夠強的激光功率條件下，增加焦深長度可以加工更厚的材料。所述內(nèi)透鏡11設(shè)在外透鏡12的中心，且所述內(nèi)透鏡11與外透鏡12的圓心相同，以確保雙焦點的有效耦合。即所述內(nèi)透鏡11與外透鏡12為同心圓，因此，當(dāng)激光照射在所述聚焦透鏡100上時，能夠使得所述內(nèi)透鏡11和外透鏡12產(chǎn)生的焦點能夠匯聚在與所述聚焦透鏡100的圓心在同一直線上，使得聚焦系統(tǒng)一致，雙焦點能夠有效的耦合，從而便于激光形成筆直的切割。本實施例中，所述外透鏡12由高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥桑鰞?nèi)透鏡11由摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?。?dāng)然，還可以是所述外透鏡12由摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥桑鰞?nèi)透鏡11由高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?，所述外透鏡12和內(nèi)透鏡11分別逆向摻雜控制折射率的情況，以提高聚焦偏移量。所述摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧蠟閾诫s鍺元素的高純?nèi)凼⒌牟牧弦蕴岣哒凵渎?；或者所述摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧蠟閾诫s氟元素的高純?nèi)凼⒌牟牧弦越档驼凵渎?。在純石英中摻氟和摻鍺是完全可以精確控制與高純?nèi)凼⒉牧系恼凵渎试谡?.02的范圍內(nèi)，摻雜鍺元素的高純?nèi)凼⒌牟牧夏軌蛱岣咄哥R的折射率，而摻雜氟元素的高純?nèi)凼⒌牟牧夏軌蚪档屯哥R的折射率，根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)可以得到需要的雙焦點的聚焦焦深，從而增強激光切割功能。第一實施例中，所述摻雜高純?nèi)凼⒌牟牧蠟閾诫s氟元素的高純?nèi)凼⒌牟牧希磧?nèi)透鏡11由摻雜氟元素的高純?nèi)凼⒌牟牧?；如圖5所示，內(nèi)透鏡11的折射率比外透鏡12的折射率低，則光線通過所述聚焦透鏡100折射后，經(jīng)過所述內(nèi)透鏡11折射的光線匯聚的焦點的距離f1比所述外透鏡12折射的光線匯聚的焦點的距離f2要遠，即f1與f2之間的距離△f即為本實施例的焦深長度，該距離長度相比于單焦點聚焦切割能夠加強切割材料的厚度。本實施例優(yōu)選的是所述內(nèi)透鏡11與所述外透鏡12為一體成型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。圖6示出本發(fā)明的第二種實施例的聚焦透鏡300，該實施例與本發(fā)明的第一實施例的區(qū)別在于，第二實施例中的內(nèi)透鏡101由摻雜鍺元素的高純?nèi)凼⒌牟牧现瞥?，即所述?nèi)透鏡101的折射率比外透鏡102高，則光線通過所述聚焦透鏡300折射后，經(jīng)過所述內(nèi)透鏡101折射的光線匯聚的焦點的距離f1’比所述外透鏡102折射的光線匯聚的焦點f2’要近，且f1’與f2’的距離即為本實施例的焦深長度，決定著所述聚焦透鏡300切割材料厚度的能力強度。圖3～6分別示出現(xiàn)有技術(shù)第一實施例、現(xiàn)有技術(shù)第二實施例、本發(fā)明的第一實施例以及本發(fā)明的第二實施例的光路對比圖。如圖所示，激光照射到聚焦透鏡上的位置為光斑10，現(xiàn)有技術(shù)采用的聚焦透鏡200都是采用同一種折射材料制成，因此其只能形成單一的焦點，現(xiàn)有技術(shù)第二實施例中在所述聚焦透鏡200之前加上一個準直透鏡201；從圖3和圖4可以看出，由于至產(chǎn)生一個焦點，因此切割的點局限在該焦點的位置，而圖5和圖6本發(fā)明的兩個實施例產(chǎn)生的雙焦點之間的焦深長度△f，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中單一焦點的局限性，使得切割的位置可以在該焦深的范圍內(nèi)，從而加強產(chǎn)品的切割材料的能力。本發(fā)明還提出一種包括上述聚焦透鏡的激光切割頭，所述激光切割頭與激光器連接，包括有至少一所述聚焦透鏡和一切割頭，所述聚焦透鏡設(shè)于所述激光器的激光光源與所述切割頭之間，且所述切割頭的末端的切割孔設(shè)于所述聚焦透鏡的焦深之上。如圖7～8示出現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的激光切割頭的第一實施例的作用效果圖，現(xiàn)有技術(shù)的聚焦透鏡200設(shè)于切割頭13之上，所述切割頭13之下為第一切割材料141，從圖7可看出，由于現(xiàn)有技術(shù)的聚焦透鏡200只能產(chǎn)生單一焦點聚焦，因而其能夠切割的材料厚度具有一定局限性；而圖8示出本發(fā)明第一種實施例的聚焦透鏡的激光切割頭，所述聚焦透鏡100設(shè)于切割頭13之上，所述切割頭13之下為第二切割材料142，在同一強度的激光強度下，由于激光透過兩種不同折射材料而產(chǎn)生兩個焦點，雙焦點之間形成的焦深能夠使得切割更為有效，且切割材料的厚度更大。綜上所述，本發(fā)明通過在所述聚焦透鏡上設(shè)置用不同折射率的材料制成的透射單元，由不同的折射差可產(chǎn)生多個焦點聚焦。借此，本發(fā)明能夠增加焦深長度，提高設(shè)備的加工能力和切縫加工質(zhì)量。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。