[发明专利]一种适用于多频激光加工的宽谱段激光聚焦镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽光谱光学系统，尤其涉及一种适用于多频激光加工的宽谱段激光聚焦镜。

背景技术

随着现代科学技术的发展，激光加工技术在智能制造业中起到了举足轻重的作用。激光加工质量与激光光束的聚焦特性息息相关，所以聚焦镜设计对激光加工质量起到了决定性的作用。

目前聚焦物镜工作波段基本为单波长，每次更换激光器需重新设计聚焦镜，限制了其应用范围，特别涉及多频激光器。针对不同波长激光器，加工前都需要对聚焦镜的焦平面位置进行重新标定，测量步骤繁琐易于引人测量误差，大大影响了加工效率和加工质量。

对于光学系统，不同波长会带来色差，目前采用特殊色散的光学材料和胶合镜进行色差校正。诸如LAF5、FK51、CAF2类特殊色散材料具有较高的消色差能力，但LAF5制备困难，折射率无法保证，不能实际使用；FK51和CAF2的化学稳定性和光学工艺性差，价格昂贵，难以制成大块镜坯，在光学设计中应尽量避免使用，尤其在激光加工领域。激光对胶的破坏性限制了胶合镜在激光技术领域的使用，尤其大功率激光应用领域。

发明内容

本发明的目的是基于几何光学和波像差理论采用普通玻璃设计了一种用于激光加工的宽光谱光学系统，该光学系统结构紧凑、重量轻，其色差得到了较好的校正，具有较高的成像性能。

本发明的技术解决方案是提供一种适用于多频激光加工的宽谱段激光聚焦镜，其特殊之处在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第二负透镜及第三正透镜；

上述第一正透镜的折射率n₁＝1.611，第一正透镜焦距与总焦距f比值绝对值小于1.2；

上述第一负透镜的折射率n₂＝1.612，第一负透镜焦距与总焦距f比值绝对值小于1.5；

上述第二正透镜的折射率n₃＝1.522，第二正透镜焦距与总焦距f比值绝对值小于3；

上述第二负透镜的折射率n₄＝1.750，第二负透镜焦距与总焦距f比值绝对值小于1；

上述第三正透镜的折射率n₅＝1.664，第三正透镜焦距与总焦距f比值绝对值小于2.5。

优选地，为减小前组口径，该激光聚焦镜还包括位于第一正透镜之前并与第一正透镜同轴设置的孔径光阑。

优选地，上述第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第二负透镜及第三正透镜均为球面镜。

优选地，上述第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第二负透镜及第三正透镜的材料均为普通光学玻璃。

优选地，为了保证足够的加工深度，该聚焦镜的后截距不小于110mm。

优选地，该聚焦镜入瞳不小于30mm。

优选地，该聚焦镜的外形尺寸为避免了对目前激光光束直径的限制，实现了聚焦镜的结构紧凑型。

本发明的有益效果是：

1、该系统采用摄远结构型式，通过匹配光焦度和合理选择光学材料(普通玻璃材料)，使光学系统在较宽工作波段范围内保持好的成像质量，大大提高了加工效率和加工质量；

2、该光学系统共用5片透镜，透镜外形和空气间隔优化合理，结构简单，便于装配；

3、该光学系统的入瞳不小于30mm，实现了对不同激光器光束直径的适应性；

4、该光学系统中透镜均采用球面镜无复杂面型，无胶合镜，加工简单，拓宽了其在大功率激光加工的应用领域；

5、该光学系统尺寸为φ30×45mm，满足小型化设计。

附图说明

图1是本发明提供的光学系统结构示意图；

图2是本发明提供的光学系统光学调制传递函数；

图3a是本发明提供的光学系统球差曲线；

图3b是本发明提供的光学系统像散曲线；

图4是本发明提供的光学系统畸变曲线；

图5是本发明提供的光学系统点列图；

图6是本发明提供的包围能量曲线。

其中图1中：1-第一正透镜；2-第一负透镜；3-第二正透镜；4-第二负透镜；5-第三正透镜；6-像面。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图1所示，为本发明的光学系统结构示意图，该镜头包括5片透镜，5片透镜光焦度以正负正负正的形式排列，无复杂面型和胶合镜，便于加工，均为生产频次较高、光学机械性能优良的光学玻璃，有利于适应激光加工的复杂环境。