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激光加工中的光路平行化技术:准直仪和扩束仪

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2.21 准直仪和扩束仪的实例a)伽利略设计 b)开普勒设计许多切割工作台、龙门架、机器人等激光系统都具有长光路,因此需要使光学部件的光束尽可能平行,如这样做将导致波前曲率衰竭,作用于工作台的光束尺寸将发生改变,因此作用材料加工区域的焦点尺寸同样发生变化,为减小参数变化,光束扩束仪或准直仪的物镜被安装在光束的腰斑上,腰斑位于聚焦透镜运动范围的中间。

激光加工中的光路平行化技术:准直仪和扩束仪

激光装置中,由于光路太长或激光产生的光束直径太小,只有使用距工件很近但易受飞溅影响的透镜聚焦才能解决聚焦问题,因此准直仪或光束扩束仪被经常使用,图2.21是伽利略和开普勒设计的光束扩束仪的示意图,光束扩大后的新光束直径为D2=D1f2/f1,对长光路的系统,光束的发散角是主要标准之一[27]

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图2.21 准直仪和扩束仪的实例

a)伽利略设计 b)开普勒设计

许多切割工作台龙门架机器人等激光系统都具有长光路,因此需要使光学部件的光束尽可能平行,如这样做将导致波前曲率衰竭,作用于工作台的光束尺寸将发生改变,因此作用材料加工区域的焦点尺寸同样发生变化,为减小参数变化,光束扩束仪或准直仪的物镜被安装在光束的腰斑上,腰斑位于聚焦透镜运动范围的中间。

通常在光束扩束仪的圆筒上标有倍数m,焦点位置GG不是扩束仪焦距,而是等于透镜焦距的m倍。

对简单透镜 978-7-111-38515-8-Chapter03-122.jpg

其中 R——光束进入扩束仪前的波前曲率半径;(www.xing528.com)

R′——光束进入扩束仪后的波前曲率半径;

f——直径D=D′的透镜进入透镜前后透镜的焦距。

对扩束仪 978-7-111-38515-8-Chapter03-123.jpg

这里D′=mD,对光束质量为M2的光束,腰斑在下述位置[28]

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这里需要说明的是:G值有一定的范围,当G值偏离该范围太远时,就以正常的衍射现象为主,当G=∞时,在扩束仪上光束腰斑值z=0。

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