一種透鏡組件及得到無衍射光束的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光切割加工技術領域，特別是一種利用波前重構方法得到的用于激 光切割加工的透鏡組件。
【背景技術】
[0002] 隨著激光加工技術領域的發(fā)展，需要加工的物品也隨之增多，對于加工精度的要 求也越來越精細。但由于激光切割技術受到激光焦深等影響無法完成一次性切割，進而加 工效率隨之降低，無法滿足目前市場對激光切割技術加工效率的要求。
[0003] 在自由空間中，光波要滿足波動方程：
[0004]
[0005] 上式中利用分離變量與空間分離來求解，分離后空間的部分為：
[0006] (V2 +k')(p{r,t) - 0
[0007] 該方程的橫向部分存在最簡單的Bessel函數(shù)，因此可以得到光場的橫向強度分布 不變的一類光束，被稱為無衍射光束，而保持光束細而且在一段距離內不發(fā)散的"無衍射光 束"是我們追求的一個目標。
[0008] 為了提高激光切割的加工效率，滿足市場上對于激光切割技術的技術要求，并不 是傳統(tǒng)的透鏡可以解決的。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種改善激光切割加工效果，提高激光切割加工 效率的透鏡。
[0010] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例提供技術方案如下：
[0011] -方面，提供一種透鏡組案件，包括：
[0012] 從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡位于同一光軸上的第二透 鏡；
[0013] 其中，所述第一透鏡以通過鍍膜的方式將高斯光束轉換成倒高斯光束；
[0014] 所述第二透鏡為非球面透鏡；
[0015] 入射激光穿過所述透鏡組件通過波前重構的方式轉化為無衍射光束。
[0016] 優(yōu)選地，當所述入射激光的波長為1064nm時，所述透鏡組的焦距為20mm。
[0017] 優(yōu)選地，所述透鏡組的入瞳直徑為20mm。
[0018] 優(yōu)選地，不同膜系時，所述透鏡組件應用于不同超短脈沖激光波長的切割加工領 域。
[0019] 另一方面，還提供了一種得到無衍射光束的方法，包括以下步驟：
[0020] 準直鏡對激光進行準直；
[0021 ]準直后的入射激光穿過透鏡組件得到所述無衍射光束；
[0022] 其中，所述透鏡組件包括:從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡 位于同一光軸上的第二透鏡；
[0023] 所述第一透鏡以將高斯光束轉換成倒高斯光束；
[0024]所述第二透鏡為非球面透鏡。
[0025]優(yōu)選地，當所述入射激光的波長為1064nm時，所述透鏡組的焦距為20mm。
[0026] 優(yōu)選地，所述透鏡組的入瞳直徑為20mm。
[0027] 優(yōu)選地，不同膜系時，所述透鏡組件應用于不同超短脈沖激光波長的切割加工領 域。
[0028] 本發(fā)明的實施例具有以下有益效果：
[0029] 上述方案中，激光經(jīng)過準直鏡準直之后，入射到本發(fā)明實施例提供的透鏡組件上 面，利用兩片透鏡組成的透鏡組件完成，第一片透鏡是一片能夠將高斯光束轉換成倒高斯 光束的透鏡，第二片透鏡是一片非球面透鏡，經(jīng)過第二片透鏡的聚焦后，即可得到我們所需 要的光斑效果即無衍射光束。同時，本發(fā)明實施例提供的透鏡組件在不同的膜系時，可以應 用于不同超短脈沖激光波長的切割加工領域。進而，能夠很好的改善激光切割加工效果，提 高激光切割加工效率。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種透鏡組件的結構示意圖；
[0031 ]圖2為利用本發(fā)明實施例提供的透鏡組件得到的彌散斑圖；
[0032] 圖3為利用本發(fā)明實施例提供的透鏡組件得到的點擴散函數(shù)圖；
[0033] 圖4為利用本發(fā)明實施例提供的透鏡組件得到的三維點擴散函數(shù)圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明實施例提供的透鏡組件得到的光束延z軸分布圖；
[0035] 圖6為本發(fā)明實施例提供的一種得到無衍射光束的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合 附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0037] 為了能夠更好的改善激光切割加工技術，提高激光切割的加工效率而得到如背景 技術中所述的無衍射光束。
[0038]即應該能夠滿足的條件是：
[0039] E(p,z,t) =exp[i(az-wt)]Jo(Pp)
[0040] 其中，a2+p2 = k2=w2/c2，p 2 = x2+y2;
[0041] 此類無衍射光束的光斑是一個中心光斑和一些同心的圓環(huán)光斑，中心光斑光強最 大，其次光強依次遞減，沿光束傳播方向的光強分布不會發(fā)生改變，僅產(chǎn)生擴散，在一定范 圍內接近無衍射光束。當他們的一部分波前被遮擋的時候，經(jīng)過一段距離的傳播，光束的強 度分布將會恢復原貌，此類光束可以在一定范圍內提高光束的焦深。
[0042] 如圖1所示，為本發(fā)明實施例提供的一種透鏡組件的結構示意圖。本發(fā)明實施例提 供了一種透鏡組案件，包括：
[0043] 從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡位于同一光軸上的第二透 鏡;其中，所述第一透鏡以將高斯光束轉換成倒高斯光束;所述第二透鏡為非球面透鏡;入 射激光穿過所述透鏡組件通過波前重構的方式轉化為無衍射光束。
[0044]優(yōu)選地，如圖1中所示，第一透鏡為具有第一平面S1和第二平面S2的平面透鏡，第 二透鏡為具有第三平面S3和第四曲面S4的非球面透鏡。
[0045] 優(yōu)選地，當所述入射激光的波長為1064nm時，所述透鏡組的焦距為20mm，所述透鏡 組的入瞳直徑為20_。
[0046] 優(yōu)選地，不同膜系時，所述透鏡組件應用于不同超短脈沖激光波長的切割加工領 域，能夠更好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率的透鏡，為激光切割帶來多 重可能性。
[0047] 本發(fā)明實施例是經(jīng)過準直的激光經(jīng)過此透鏡組件之后，光束通過波前重構進行了 光束的整形，整形后的光斑與傳統(tǒng)的聚焦光斑不同，光斑是一個中心光斑和一些同心的圓 環(huán)光斑，中心光斑光強最大，其次光強依次遞減，沿光束傳播方向的光強分布不會發(fā)生改 變，僅產(chǎn)生擴散，在一定范圍內接近無衍射光束。具體效果圖如圖2、圖3、圖4、圖5所示，分別 為利用本發(fā)明實施例提供的透鏡組件得到的彌散斑圖、點擴散函數(shù)圖、三維點擴散函數(shù)圖、 光束延z軸分布圖。即經(jīng)過準直的激光經(jīng)過此透鏡組件之后，光束通過波前重構進行了光束 的整形相當于加大了瑞利距離即焦深，而且聚焦光束也很小，有助于激光切割加工領域的 不同的加工需求。
[0048] 如圖6所示，本發(fā)明實施例提供的一種得到無衍射光束的方法流程圖。所述包括以 下步驟：
[0049] S101:準直鏡對激光進行準直；
[0050] S102:準直后的入射激光穿過透鏡組件得到所述無衍射光束；
[0051 ]其中，所述透鏡組件包括:從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡 位于同一光軸上的第二透鏡;第一透鏡用以將高斯光束轉換成倒高斯光束;第二透鏡為非 球面透鏡。優(yōu)選地，步驟101中的準直激光的方法本領域技術人員應該了解能夠實現(xiàn)的技術 方案即可，并不是本發(fā)明實施例中的發(fā)明重點，因此，在此不進行贅述。
[0052]具體地，方法實施例中的透鏡組件與上述裝置中的透鏡組件相同，因此，在此不進 行贅述。
[0053] 激光經(jīng)過準直鏡準直之后，入射到本發(fā)明實施例提供的透鏡組件上面，利用兩片 透鏡組成的透鏡組件完成，第一片透鏡是一片能夠將高斯光束轉換成倒高斯光束的透鏡， 第二片透鏡是一片非球面透鏡，經(jīng)過第二片投鏡的聚焦后，即可得到我們所需要的光斑效 果即無衍射光束。同時，本發(fā)明實施例提供的透鏡組件在不同的膜系時，可以應用于不同超 短脈沖激光波長的切割加工領域。進而，能夠很好的改善激光切割加工效果，提高激光切割 加工效率。
[0054]此說明書中所描述的許多功能部件都被稱為模塊，以便更加特別地強調其實現(xiàn)方 式的獨立性。
[0055] 在本發(fā)明各方法實施例中，所述各步驟的序號并不能用于限定各步驟的先后順 序，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，對各步驟的先后變化也 在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0056] 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種透鏡組件，其特征在于，包括:從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第 一透鏡位于同一光軸上的第二透鏡； 其中，所述第一透鏡以將高斯光束轉換成倒高斯光束； 所述第二透鏡為非球面透鏡； 入射激光穿過所述透鏡組件通過波前重構的方式轉化為無衍射光束。2. 如權利要求1所述的透鏡組件，其特征在于，當所述入射激光的波長為1064nm時，所 述透鏡組件焦距為20mm。3. 如權利要求2所述的透鏡組件，其特征在于，所述透鏡組件的入瞳直徑為20_。4. 如權利要求1-3任意一項所述的透鏡組件，其特征在于，不同膜系時，所述透鏡組件 應用于不同超短脈沖激光波長的切割加工領域。5. -種得到無衍射光束的方法，其特征在于，包括以下步驟： 準直鏡對激光進行準直； 準直后的入射激光穿過透鏡組件得到所述無衍射光束； 其中，所述透鏡組件包括:從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡位于 同一光軸上的第二透鏡； 所述第一透鏡以將高斯光束轉換成倒高斯光束； 所述第二透鏡為非球面透鏡。6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，當所述入射激光的波長為1064nm時，所述透 鏡組的焦距為20mm。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述透鏡組的入瞳直徑為20_。8. 如權利要求5-7任意一項所述的方法，其特征在于，不同膜系時，所述透鏡組件應用 于不同超短脈沖激光波長的切割加工領域。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種透鏡組件，包括：從物方到像方一次放置的第一透鏡，及與所述第一透鏡位于同一光軸上的第二透鏡；其中，所述第一透鏡以將高斯光束轉換成倒高斯光束；所述第二透鏡為非球面透鏡；入射激光穿過所述透鏡組件通過波前重構算法轉化為無衍射光束。激光經(jīng)過此透鏡組件之后，光束通過波前重構進行了光束的整形得到無衍射光束，進而能夠很好的改善激光切割加工效果，提高激光切割加工效率。
【IPC分類】G02B13/18, G02B13/00, B23K26/06
【公開號】CN105676423
【申請?zhí)枴緾N201610046068
【發(fā)明人】劉勇, 王雪輝, 溫彬, 馮峰, 王建剛
【申請人】武漢華工激光工程有限責任公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月25日