[实用新型]一种基于非球面镜可调环形光斑定倍切割装置

说明书

本实用新型公开了一种基于非球面镜可调环形光斑定倍切割装置，包括非球面准直镜、第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜以及非球面聚焦镜。其中，非球面准直镜、第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜和非球面聚焦镜镜片中心轴同轴，非球面准直镜、非球面聚焦镜构成定倍放大镜组，第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜构成环形可调镜组。本实用新型结构设计新颖，实现了聚焦焦点实心光斑到环形光斑、环形光斑直径连续可调，同时基于激光切割工艺需要实现了对应离焦光束段环形能量分布，提高板材切割速度、断面质量及切割厚度，适用于千瓦、万瓦级高功率光纤激光器的激光切割应用，尤其适用于50um及以上光纤芯径的连续光纤激光器中、厚板切割应用。

技术领域

本实用新型涉及光纤激光切割技术领域，具体为一种基于非球面镜可调环形光斑定倍切割装置。

背景技术

光纤激光器因为电光转换效率高、光纤柔韧性好、耦合效率高、光束质量好等优势，以及大功率激光器的出现，使得市场占有率日益突出，目前光纤耦合输出激光器千瓦级已是相当普及，万瓦级激光器也逐步上映市场，让光纤激光各类加工工艺越加普遍化。

光纤激光器激光切割应用，覆盖了不锈钢、碳钢、铝材、铜材等各类金属加工市场，随着激光功率的增加，不同材料的板材切割厚度越厚。

众所周知，常规消像差光学配置虽然能够实现聚焦光束衍射极限效果，使得光束质量达到最佳，但对应下的聚焦光束离焦段，能量分布趋近于高斯分布，对于厚板切割而言，一者不利于板材割缝成型，也就限制了切割气体或辅助气体的进气量，为满足切割效果，需高度优化气路；一者中心能量过剩，边缘能量不够集中，散光大，不利于光束能量利用，也不利于板材断面成型质量。

环形聚焦光束的引入，将光斑能量去中心化，相同离焦量下可用于中、厚板材激光切割的光斑直径增大，同时大幅加强边缘能量分布强度，可改善激光切割板材割缝成型，有利于切割气体或辅助气体进气量的提升，从而在提高切割速度与厚度的同时，也提高切割断面质量。

目前，实现环形聚焦光束段的方法较多，比如单片轴锥透镜、HighYAG自由曲面透镜组、Precitec微透镜组或微透镜等。单片轴锥透镜无法实现环形光斑可调，不利于不同厚度板材的工艺优化；HighYAG自由曲面透镜组需要双片自由曲面镜组配合可调，额外还需准直镜或聚焦镜移动配合补偿焦点位置，增加了机械设计及控制难度，且镜面加工难度非常大；Precitec微透镜组可以实现从实心光斑到固定直径环形光斑能量比调节，同样存在直径不可调问题，而单片微透镜方案虽然减少镜片数量，降低成本，但直径不可调、焦点光斑环形化，无法进行穿孔，故切割过程中需要不断切换镜片。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于非球面镜可调环形光斑定倍切割装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于非球面镜可调环形光斑定倍切割装置，包括非球面准直镜、第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜以及非球面聚焦镜；其中，非球面准直镜、第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜和非球面聚焦镜镜片中心轴同轴，非球面准直镜、非球面聚焦镜构成定倍放大镜组，第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜构成环形可调镜组。

优选的，所述非球面准直镜、第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜以及非球面聚焦镜均由熔融石英材料制成。

优选的，所述第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜介于非球面准直镜、非球面聚焦镜之间；所述第一曲面锥透镜、第二曲面锥透镜包含平凸型、双凸型、平凹型、双凹型以及弯月型曲面锥透镜，为中心轴对称镜片。

优选的，所述第一曲面锥透镜及第二曲面锥透镜有且仅有一片镜片沿光束传输轴移动，所述非球面准直镜与之配合移动补偿焦点位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：