本發(fā)明涉及激光切割技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于自適應(yīng)鏡可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光加工技術(shù)涵蓋了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多種激光加工工藝，利用了激光與物質(zhì)相互作用的基本特性。由于激光束與加工材料的非接觸性、加工速度與質(zhì)量等優(yōu)勢，奠定了激光加工技術(shù)是一種無可替代的高新技術(shù)。

當(dāng)前激光切割占了整個激光加工行業(yè)的主要地位，其中又以光纖輸出類激光切割為首要。在高功率光纖激光切割中，一般采用單焦點外光路。通常地，光路的主要組成部分是準(zhǔn)直、聚焦簡單的搭配方式。隨著激光功率的增大，切割板材的厚度也隨之增加，十個、數(shù)十個mm厚的板材切割也多有應(yīng)用。但是，單焦點切割除了速度慢，切割板材的面型也并不理想，因此出現(xiàn)了同軸雙焦點激光切割應(yīng)用。

雙焦點切割有助于提高中厚板材的切割速度與切割質(zhì)量，常規(guī)的光纖激光切割雙焦點光路有兩種方案，一種通常在聚焦鏡鏡面上加工兩個曲面參數(shù)。比如，對于球面透鏡系統(tǒng)，在某一聚焦鏡鏡面上加工出兩個曲率半徑，即中心部分區(qū)域與邊緣部分區(qū)域有兩個不同的曲率半徑。另一種則是在準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡中間引入反射鏡，反射鏡中心部分為曲面，邊緣部分為平面，如此來實現(xiàn)雙焦點。無論是哪一種方案，均是在同一鏡面上實現(xiàn)兩套參數(shù)的設(shè)定，不僅給鏡片加工提高了難度，且鏡片加工質(zhì)量以及分光區(qū)域范圍也很難保證。再者，同一鏡片表面上加工兩種參數(shù)，分光區(qū)域定下來后將限制入射光斑的尺寸，否則兩束分光能量差異較大將降低甚至失去雙焦點切割的價值，相較下，半透半反分光鏡受光斑尺寸的影響就小很多。

另外，常規(guī)的雙焦點光路結(jié)構(gòu)，往往是一套鏡片參數(shù)決定一個定距離的雙焦點，對于不同厚度的板材切割，定距離的雙焦點并不一定是最佳配置，所以雙焦點間距可調(diào)在意義上十分重大，自適應(yīng)鏡則可以滿足要求。

自適應(yīng)鏡，作為一種曲面可變的特殊光學(xué)反射鏡片，與一定焦距的鏡片搭配，有其意想不到的調(diào)焦效果。常規(guī)的自適應(yīng)鏡，其曲面類型涵蓋球面與非球面，球面自適應(yīng)鏡用于光束偏轉(zhuǎn)角較小光路中，而非球面自適應(yīng)鏡則常用于光束偏轉(zhuǎn)角較大的光路中。當(dāng)下的自適應(yīng)鏡，依靠鏡片背面的單氣流通道中充入氣壓，與鏡面外氣壓形成壓差，通過壓差的改變，來改變自適應(yīng)鏡的曲面焦距，自適應(yīng)鏡壓差與焦距往往存在線性關(guān)系，加上金屬直接水冷結(jié)構(gòu)，奠定了自適應(yīng)鏡無可替代的優(yōu)勢。

基于上述各點，設(shè)計出一種焦點可調(diào)、便于高功率光纖激光器應(yīng)用的光路顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于自適應(yīng)鏡可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)，具體是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于自適應(yīng)鏡可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)，包括消像差準(zhǔn)直鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反光鏡、自適應(yīng)鏡以及第一消像差聚焦鏡、第二消像差聚焦鏡；所述消像差準(zhǔn)直鏡與激光光軸同軸設(shè)置，第一分光鏡設(shè)置在消像差準(zhǔn)直鏡出射光側(cè)，第一分光鏡與消像差準(zhǔn)直鏡的呈45度傾斜設(shè)置；第一反射鏡平行設(shè)置在第一分光鏡反射光面的一側(cè)，并與第一分光鏡的反射光軸呈45度角；

所述第一分光鏡的透射光軸與激光光軸同軸，且在第一分光鏡的透射光側(cè)設(shè)有第二分光鏡，第二分光鏡中心軸與第一分光鏡中心軸呈垂直設(shè)置；

所述第二分光鏡的反射光軸與激光光軸垂直，第二分光鏡的反射光側(cè)設(shè)有第二反光鏡，第二反光鏡與第二分光鏡的反射光軸呈45度角，第二反光鏡的反射光側(cè)設(shè)有第一消像差聚焦鏡，第一消像差聚焦鏡與激光光軸同軸設(shè)置；第二分光鏡的透射光側(cè)設(shè)有第二消像差聚焦鏡，第二消像差聚焦鏡與激光光軸同軸設(shè)置；

所述第一反射鏡的反射光側(cè)設(shè)有自適應(yīng)鏡，自適應(yīng)鏡的中心軸與第一反射鏡的中心軸垂直，且自適應(yīng)鏡平行對應(yīng)于第二分光鏡設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述消像差準(zhǔn)直鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反光鏡以及第一消像差聚焦鏡、第二消像差聚焦鏡均為圓柱狀。

進(jìn)一步的，所述消像差準(zhǔn)直鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反光鏡、自適應(yīng)鏡以及第一消像差聚焦鏡、第二消像差聚焦鏡均通過光路管進(jìn)行相應(yīng)連接。

進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)鏡為縱截面呈橢圓的柱狀，其縱截面橢圓的長軸與短軸比為

進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)鏡為金屬非球面反射鏡。

進(jìn)一步的，所述第一分光鏡、第二分光鏡的反射率與透射率比均為r:t＝50:50。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，采用分光合束方案，基于自適應(yīng)鏡一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)焦距特性，基于半透半反分光鏡r:t＝50:50分光特性，聚焦段輔以保護(hù)窗口，適用于高功率光纖激光器激光切割應(yīng)用，特別有助于改善中厚板材的光纖激光切割質(zhì)量與效率。

(2)、本發(fā)明中，光纖激光器自消像差準(zhǔn)直鏡組前焦點輸出光束，經(jīng)由消像差準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直、分光鏡的二次分光，以及自適應(yīng)鏡反射，使得消像差聚焦鏡組聚焦構(gòu)成固定焦點和可調(diào)焦點，可調(diào)焦點對應(yīng)的光束為可調(diào)聚焦光束，單光路的固定聚焦光束與可調(diào)聚焦光束中心軸共軸，雙焦點同軸。

(3)本發(fā)明分光鏡反射率與透射率比為r:t＝50:50，雙光路分光功率相當(dāng)。通過調(diào)節(jié)自適應(yīng)鏡焦距，兩組可調(diào)焦點與對應(yīng)的固定焦點間距可實現(xiàn)連續(xù)變化，構(gòu)成可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)，且雙光路的雙焦點間距總能保持基本相同。

(4)、本發(fā)明提出采用分光合束方案，基于自適應(yīng)鏡一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)焦距特性，基于半透半反分光鏡r:t＝50:50分光特性，聚焦段輔以保護(hù)窗口，適用于高功率光纖激光器激光切割應(yīng)用，改善了中厚板材的光纖激光切割質(zhì)量，提高了效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實際使用示意圖；

圖中序號：激光出光點1、消像差準(zhǔn)直鏡2、第一分光鏡3、第一反射鏡4、自適應(yīng)鏡5、第一消像差聚焦鏡6、第二分光鏡7、第二反光鏡8、第二消像差聚焦鏡9、固定焦點10。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1，一種基于自適應(yīng)鏡可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)，包括消像差準(zhǔn)直鏡2、第一分光鏡3、第二分光鏡7、第一反射鏡4、第二反光鏡8、自適應(yīng)鏡5以及第一消像差聚焦鏡6、第二消像差聚焦鏡9；所述消像差準(zhǔn)直鏡2與激光光軸同軸設(shè)置，第一分光鏡3設(shè)置在消像差準(zhǔn)直鏡2出射光側(cè)，第一分光鏡3與消像差準(zhǔn)直鏡2的呈45度傾斜設(shè)置；第一反射鏡4平行設(shè)置在第一分光鏡3反射光面的一側(cè)，并與第一分光鏡3的反射光軸呈45度角；

所述第一分光鏡3的透射光軸與激光光軸同軸，且在第一分光鏡3的透射光側(cè)設(shè)有第二分光鏡7，第二分光鏡7中心軸與第一分光鏡3中心軸呈垂直設(shè)置；

所述第二分光鏡7的反射光軸與激光光軸垂直，第二分光鏡7的反射光側(cè)設(shè)有第二反光鏡8，第二反光鏡8與第二分光鏡7的反射光軸呈45度角，第二反光鏡8的反射光側(cè)設(shè)有第一消像差聚焦鏡6，第一消像差聚焦鏡6與激光光軸同軸設(shè)置；第二分光鏡7的透射光側(cè)設(shè)有第二消像差聚焦鏡9，第二消像差聚焦鏡9與激光光軸同軸設(shè)置；

所述第一反射鏡4的反射光側(cè)設(shè)有自適應(yīng)鏡5，自適應(yīng)鏡5的中心軸與第一反射鏡4的中心軸垂直，且自適應(yīng)鏡5平行對應(yīng)于第二分光鏡7設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述消像差準(zhǔn)直鏡2、第一分光鏡3、第二分光鏡7、第一反射鏡4、第二反光鏡8以及第一消像差聚焦鏡6、第二消像差聚焦鏡9均為圓柱狀。

進(jìn)一步的，所述消像差準(zhǔn)直鏡2、第一分光鏡3、第二分光鏡7、第一反射鏡4、第二反光鏡8、自適應(yīng)鏡5以及第一消像差聚焦鏡6、第二消像差聚焦鏡9均通過光路管進(jìn)行相應(yīng)連接。

進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)鏡5為縱截面呈橢圓的柱狀，其縱截面橢圓的長軸與短軸比為

進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)鏡5為金屬非球面反射鏡，自適應(yīng)鏡5的背部帶有水冷通道與氣流通道，可直接水冷，并通過氣流通道內(nèi)輸入氣壓的改變來改變自適應(yīng)鏡焦距。

進(jìn)一步的，所述第一分光鏡3、第二分光鏡7的反射率與透射率比均為r:t＝50:50。

實際使用時，參見圖2，光纖激光出光點1自消像差準(zhǔn)直鏡2前焦點輸出光束，經(jīng)由消像差準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光束由第一分光鏡3分光，分光后的透射光束經(jīng)過第二分光鏡7進(jìn)行二次分光，二次分光后的反射光束經(jīng)過第二反射鏡8反射并由第一消像差聚焦鏡6聚焦構(gòu)成固定焦點10，二次分光后的透射光束則經(jīng)過第二組消像差聚焦鏡9聚焦構(gòu)成固定焦點10，固定焦點10對應(yīng)的光束為固定聚焦光束；同時，經(jīng)過第一分光鏡3分光后的反射光束，由第一反射鏡4反射，反射光束后經(jīng)自適應(yīng)鏡5反射，自適應(yīng)鏡5反射光束再由第二分光鏡7進(jìn)行二次分光，二次分光后的反射光束由第二組消像差聚焦鏡9聚焦構(gòu)成可調(diào)焦點，二次分光后的透射光束則經(jīng)過第二反射鏡8反射后由第一消像差聚焦鏡6聚焦構(gòu)成可調(diào)焦點，可調(diào)焦點對應(yīng)的光束為可調(diào)聚焦光束。其中，聚焦光束每道光路的固定聚焦光束與可調(diào)聚焦光束中心軸共軸，雙焦點同軸；此時通過調(diào)節(jié)自適應(yīng)鏡5輸入的氣壓大小來調(diào)控焦距變化，兩組可調(diào)焦點與對應(yīng)的固定焦點10間距便可實現(xiàn)連續(xù)變化，從而構(gòu)成可調(diào)雙焦點雙光路光學(xué)系統(tǒng)，且雙光路的雙焦點間距總能保持基本相同；確保了聚焦光路對應(yīng)的固定聚焦光束與可調(diào)聚焦光束中心軸共軸，雙焦點同軸，有利于激光切割應(yīng)用。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，采用分光合束方案，基于自適應(yīng)鏡一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)焦距特性，基于分光鏡r:t＝50:50分光特性，聚焦段輔以保護(hù)窗口，適用于高功率光纖激光器激光切割應(yīng)用，特別有助于改善中厚板材的光纖激光切割質(zhì)量與效率。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。