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定制激光打標機擴束鏡的問題


文章來源:龍泰激光? 發布者:柯? 發表時間:2019-11-03 18:54 ?瀏覽次數:


?激光切割機

擴束鏡通常用于激光打標機激光切割機、激光焊接機等設備中,準直光進入系統,通過擴束鏡擴大為更大的準直光束輸出。現在雖然有很多現貨擴束鏡可供選用,但有時這些標準擴束鏡可能無法滿足客戶的應用需求。 定制款擴束鏡可以靈活地根據您的具體應用規格進行設計,而使用現貨光學鏡片可以縮短從設計到原型制造的時間。此外,當您準備投入量產時,使用光學鏡片可助您迅速擴大產量。
 
在選擇部件組建擴束鏡之前,有一些要求需要考慮,包括系統成本,機械尺寸約束條件和系統性能。建議您在開始前,分配每個需求的優先級。列出您的要求,您會發現在組建特定應用時,或多或少需要考慮下列事項。
當您考慮系統成本時,最重要的是實現成本和性能之間的平衡。鏡片的材料,鏡片尺寸的大小,光學鍍膜以及光學件安裝座的參數等都影響成本和性能。N-BK7材質,由于其波長范圍寬,成本低,是一種比較理想的材料,但是對于高功率的激光來說,不太適合。而熔融石英,由于其低熱膨脹系數和高激光損傷閾值,適用于高標準的應用。如果一個擴束鏡要在各種波長下使用,應考慮色差的影響。例如,N-SF11和N-BK7在小波長范圍內擁有消色差功能。在確定透鏡是否適合用于擴束鏡時,請務必檢查所選材料。
通常,擴束鏡需要在一個有限的空間進行裝配,所以擴束鏡的總體直徑和長度以及連接螺紋會受到限定。有一點需要注意,較大的入射光束和較大的倍數,需要較大的擴束鏡,這需要更大直徑(和更昂貴)的光學件和更大的金屬外殼。
另外,某些設計可能需要用擴束鏡來調整光束發散。 那么建議把小目鏡放在一個可以通過螺紋前后移動的裝置里,這樣可以通過旋動螺紋來調整目鏡與物鏡之間的距離,實現對發散角的調整。
在設計擴束鏡之前,請注意系統性能要求。 一、擴束鏡是用于什么波長或者某個波長范圍,常見波長(如532nm、1064nm)和單一波長(不是一個寬波長范圍的光)的擴束鏡比較好找到適合的鏡片,而寬波段或者幾個波段范圍需要照顧的話,就比較難找到合適的鏡片;二、目鏡要滿足輸入光斑的大小,物鏡的通光孔徑要大于輸入光斑大小與倍數的乘積;三、對整個擴束鏡要求透過率達到多少?最小可接受透射率是多少? 所以一般要找已經鍍膜好需求波長增透膜的鏡片,沒有鍍膜的鏡片就必然透過率會低很多。
 我們很難在不影響其他參數的情況下調整另一個參數。例如,選擇不同的透鏡組來改善波前質量,可能會增加系統成本或影響整個系統尺寸。還有一點需要注意,增加輸入光束直徑對透射波前的質量具有指數效應,因此,更大的輸入光束就更難以設計。還需注意組件的公差 - 公差越嚴,系統就越昂貴。總之整個擴束鏡的設計就是一個取舍的過程,魚和熊掌不可兼得。尺寸、價格、性能是要求一個平衡。
選開普勒設計還是伽利略設計的擴束鏡
開普勒設計具有更長的系統長度,以及內部聚焦;而伽利略設計更短小,并且沒有內部焦點。
開普勒擴束鏡設計具有一個中間焦平面。這使得其相較伽利略設計,既有優勢又有劣勢。在高功率下,焦平面是一個明顯的缺點,因為空氣會離子化,從而減少能量傳輸,還可能會產生有害的能量水平。但是開普勒設計也有一個優點,即低功率下,焦平面是放置空間濾光片的理想位置,可以輕松有效的去除無用光束。在放大倍率相同的情況下,伽利略設計通常比開普勒設計短。簡單一點說,就是伽利略設計比開普勒設計更適合我們激光行業。一般情況下,我們都建議使用伽利略設計來做擴束鏡。
通用伽利略擴束鏡設計要素
伽利略擴束鏡的放大倍數由以下公式確定。
(1)
放大率=f1f2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; line-height: 0; font-size: 17.55px; word-wrap: normal; word-spacing: normal; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border-width: 0px; border-style: initial; border-color: initial; padding-top: 1px; padding-bottom: 1px;">放大率
=
f
1
f
2
放大率=f1f2
(2)
光學軌道長度=f1+f2" role="presentation" style="box-sizing: border-box; display: inline-block; line-height: 0; font-size: 17.55px; word-wrap: normal; word-spacing: normal; float: none; direction: ltr; max-width: none; max-height: none; min-width: 0px; min-height: 0px; border-width: 0px; border-style: initial; border-color: initial; padding-top: 1px; padding-bottom: 1px;">光學軌道長度
=
f
1
+
f
2
光學軌道長度=f1+f2
其中f1是正透鏡的焦距,f2是負透鏡的焦距。使用現貨光學件可以使設計變得更加簡單,只需選擇滿足放大倍數要求(公式1)而不超過系統長度要求(公式2)的正透鏡和負透鏡即可。這兩個方程是一階方程,透鏡厚度和焦點優化將使得最終結果和理想值之間有輕微偏差。
在選擇時您還需要考慮透鏡的通光孔徑,因為負透鏡必須足夠大,以容納輸入光束,而正透鏡也須足夠大,使得輸出放大光束不產生漸暈。
例如,3mm輸入光束射入5倍放大系統中,10mm直徑的正透鏡將導致漸暈,因為輸出光束的直徑為15mm。那么物鏡必須大約在20mm以上,保證在用螺紋環壓住鏡片后還能保證15mm激光的輸出,并且不產生漸暈。
設計5倍伽利略擴束鏡
假設一個應用需要您設計一個系統長度不超過75mm的5倍1064nm擴束鏡。您需要用到兩個單片伽利略透鏡,我們目鏡的焦距選項有:-6mm,-9mm,-12mm、-15mm,-20mm、-25mm;物鏡的焦距選項有:30mm、45mm、60mm,75mm,100mm,125mm。以下是可行的現貨透鏡組合:-6mm和30mm,-9mm和45mm,-12mm和60mm,以及-15mm和75mm。請注意,-25mm /125mm,-20mm /100mm組合無法滿足系統長度小于75mm的要求。雖然-18mm /90mm組合原則上可以滿足要求,但是,很可能由于系統的金屬部分以及實際透鏡厚度的增加,使得系統超過要求的長度。
在由兩個單片透鏡組成的伽利略擴束鏡設計中,波前質量將隨著光學軌道的增加而增加。換句話說,-20mm和100mm透鏡組合將具有比-6mm和30mm組合更好的波前質量。 此外,使用帶有平表面(例如平凸或平凹)的透鏡相對于兩個表面均為曲面的透鏡,有更好的波前質量。換句話說:雙凹的小目鏡沒有平凹的小目鏡效果好,雙凸的物鏡沒有平凸的物鏡好。 如果使用平面透鏡和伽利略設計,將平面朝向輸入光束方向,就可以平衡球面像差,從而改善波前質量。換句話說,裝配擴束鏡的鏡片的時候,鏡片平的一面朝激光來的方向。 然而,如果您使用高功率激光器,即使透鏡鍍有增透膜,來自第一個平面的反射也可能會損壞激光器。換句話說,就是兩片鏡片都要鍍有增透膜。

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