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扫描振镜加工范围和聚焦光斑的约束因素扫描振镜加工范围和聚焦光斑的约束因素 （扩束镜，扫描场镜，f透镜）（扩束镜，扫描场镜，f透镜） 总结一下自己在公司一年多来的知识积累， 可能有些地方理解的不准 确，还望各位能人志士海涵和指正。首先提出几个问题： 扫描振镜的典型性能指标是什么？ 答案：加工范围、加工精度、聚焦光斑尺寸 加工范围有哪些因素影响？ 答案：扫描场镜（f透镜） 加工图样失真的软件校正算法（典型的有 9 点校正和 25 点校正） 振镜最大偏转角度（不漏光） 聚焦光斑尺寸有受哪些因素影响？ 答案： ? ? ? 公式说明：为聚焦光斑尺寸 为激光波长 m?由你的激光器决定， 评价光束质量好坏的参 数（BPP 也是，它是由远场发散角和束腰宽度 乘积决定） f扫描场镜的焦距（典型 f254， f100） 常数 d进入振镜的光束宽度（现在普遍集中在 2050mm 之间） 在这里要补充说明一些东西， 一些对激光扫描不是非常理解的人 常会有这样的疑惑，就是听别人说，准直镜焦距越长，那么聚焦光越 小，一般来讲这句话没什么问题，但是很不严谨。给你们举个例子， A 公司的准直镜焦距为 150，B 公司的准直镜焦距为 100，是不是说 A 公司的场镜聚焦光斑一定比 B 公司的要大呢？我要说这不一定。 请看以下分析： 图 1 从透镜焦点发出的光经透镜后为平行光（这个如果不知道就 有点说不过去了） ，光纤头就安装在这个位置，纤芯直径就相 当于此时的焦点的大小，所里平行光也不是绝对的平行。 光纤出射光的发散角由两方面的因素影响，一是激光入射光 耦合到光纤前的角度。见下图 2 图 2 这里还要提一点光纤的数值孔径：有很多人对这个数值孔径 （NA）不理解，下面稍加分析：NA=n?sin，越大说明光纤导光 能力越强， 一般光纤位于空气中 （n? 1） ， NA 一般在 0.140.5 之间。 准直镜焦点 光纤出射光发散角 耦合点正好位于光纤纤芯处 近似等于 YAG 棒直径 光纤耦合单元 至此我们可以回到最初的疑问上面去：准直镜焦距是否越大，光 斑就越小。 两家不同的公司， 光纤， 光束发散角什么的我们一概不知， 最后经过准直镜到达振镜的通光口径到底是多少我们都不知道。 而我 们知道，聚焦光斑的大小就是取决于通光口径的大小（在其他条件相 同的情况下） 补充：补充：很多厂家为了降低成本，准直镜的镜片都只采用了一块平 凸， 我们知道单镜片是存在像差的， 在这里主要的影响因素是球差球差 （不 明白的查阅光学设计有关像差的知识 不 明白的查阅光学设计有关像差的知识） ， 也就是焦点不再是一个点了， 而是一个有尺寸大小的斑点了， 那么从光纤的纤芯出射的光不再是平 行光了。这样是不利于激光聚焦的。 加工精度有受哪些因素影响？ 答案：总的说来它是由加工范围和聚焦光斑尺寸的影响因素共同决 定的 扫描场镜原理： L=f* （里面学问大着呢， 自己上网查资料学习吧， 好的场镜一个几万块 scanlab 为代表） 地 电 网 扩束镜是 只有通过扩束 须通过扩束镜 学仪器设备； 最通用的 出镜，两个透 镜设计成小的 如右图所 上（虚焦点） 0= 和 = 2 ( ) l= 式中(l)为入 的后焦平面上 T = 式中 T1 = f2/ 0 和 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 是能够改变激光 束镜的调节使激 镜最大限度地改 扩束镜配合空 的扩束镜起源于 镜是虚共焦结 球面相差、低 所示，输入镜将 ，新的束腰 1 f ( 2 0 ( + 0 1 入射激光束在入 上，并且输出镜 T =+ 1 1 /f1， 和 0 0 0 f = = T 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 光光束直径和发 激光光束变为准 改善激光的准直 空间滤光片使用 于伽利略望远镜 构。一般小于 低的波前变形和 将入射的激光束 0 和发散角 (1) (2) l 0 2 2 入射镜上光束半 镜的焦距 f2 大于 l 0 2 2 是入射光束的 2 f (6) 技术开发区光谷 8/3399 文） 激激光光 发散角的透镜组 准直（平行）光 直度才能得到理 则可以使非对 镜，通常包括一 20 倍的扩束镜 消色差。它的 束聚焦在前焦平 为 (3) 半径，l 是入射 于输入镜的焦距 (4) 的发散角和束腰 (5) 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 光光扩扩束束 组件。从激光器 光束，才能利用 理想的远距离测 对称光束分布变 一个输入负透镜 镜都用该原理制 的局限性在于不 平面 激光束腰与入 距，高斯光束将 腰。经过扩束镜 南路 1 号华科科 真：+86（027） 束束镜 镜 器发出的激光束 用聚焦镜获得细 测量效果；通过 变为对称分布， 镜和一个输出正 制造，因为它简 不能容纳空间滤 射镜的距离，f 将被扩束镜准直 镜后，束腰 0 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 束具有一定的发 细小的高功率密 过扩束镜能改变 并使光能量分 正透镜。输入镜 简单、体积小、 滤波或者进行大 f1 是输入镜的 直。准直倍率如 和发散角 新特光电技术 发散角，对于激 密度光斑；在激 变光束直径以便 分布更加均匀。 镜将一个虚焦点 价格也低。尽 大倍率的扩束。 的焦距。因为 如下： 为 术有限公司 激光加工来说 激光测距中，必 便用于不同的光 点光束传送给输 尽可能的该扩束 0 落在输出镜 司 ， 必 光 输 束 镜 地 电 网 将(1)式代入( 从(4)至 束镜的功能是 我公司生 HeNe 激光扩束 扩束镜型号扩束镜型号命命 BSET - BEST 系 xxxx - 激光 yy - 扩 Z - 镜 L - 有 M - 扩 T - T 为 AA - 特 例子：BEST-1 BEST-1 1. CO2 激光 1. CO2 激光扩扩 出射光准 激光扩束 可调型扩 光能损耗 可在大功 可以根据 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 (5)得到 01 = Tl ( ) (7)式可以看出 是降低激光束的 产和销售的扩 束准直镜（633n 命命名总规则：B名总规则：BE E 系列扩束镜。 光波长：1064 为 扩束倍数。 镜片材料：Z 为硒 L 为喇叭筒， 扩束镜连接方式 为可调型扩束镜 特殊要求，内部 0.6-3GM：固定 0.6-3.5Z：固 扩扩束镜 (10.6束镜 (10.6 准直性好 倍数从 1.5 倍 扩束镜能改善发 耗小 率条件下工作 据用户要求进行 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 ) 出，扩束倍数和 的发散角，进而 扩束镜主要有三 nm）。根据客户 E EST-xxxx-yy-ST-xxxx-yy-Z Z 为 1064nm 波长 硒化锌(ZnSe)； 无 L 为直筒。 式：M 为螺纹连接 镜；无 T 为固定 部记录用途。 定型 10.6um 二 定型 10.6um 二 m)m) 倍至 8 倍，规格 发散角高达 18 作 行设计加工 技术开发区光谷 8/3399 文） (7) 和准直倍率不仅 而使激光器聚焦 三种： CO2 激光 户需要，也可以 Z Z-M-T-AA -M-T-AA 长，532 为 532n ；G 为砷化镓( 接；无 M 为圆柱 定型扩束镜。 二氧化碳激光 3 二氧化碳激光 3 格品种齐全 32 毫弧度的激 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 仅与扩束镜的参 焦光斑更小。 光扩束镜 (10. 以供应其它波长 nm 波长，633 为 (GaAs)，无标示 柱直筒连接。 倍扩束镜，砷 3.5 倍扩束镜， 激光束的准直度 南路 1 号华科科 真：+86（027） 参数有关，还与 6m)、Nd:YAG 长的扩束镜。 为 633nm 波长 示是光学玻璃。 砷化镓材料，螺 硒化锌材料， 度 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 与激光束参数和 G 激光扩束镜 ，10.6 为 10.6 螺纹连接。 圆柱直筒连接 新特光电技术 和扩束镜透镜的 (1064nm、532 6um。 接。 术有限公司 的位置有关。扩 2 和 355nm) 和 司 扩 和 地 电 网 CO2 激光扩束 安装连接方式 （1）固定型（1）固定型扩扩 固定型扩束镜 便获得最好的 相连，使用十 固定型直筒固定型直筒扩扩 型 BEST- BEST- BEST-1 BEST-1 BEST- BEST- BEST- BEST- BEST- BEST- 固定型喇叭筒固定型喇叭筒 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 束镜分为固定型 式又分为圆柱连 扩扩束镜 束镜 镜的两个镜片是 平行光束。固 分方便。 扩扩束镜：束镜：有圆柱 型号 -10.6-2Z 10.6-2ZM 10.6-2.5Z 0.6-2.5ZM -10.6-3Z 10.6-3ZM -10.6-4Z 10.6-4ZM -10.6-5Z 10.6-5ZM 扩束镜：扩束镜：有圆 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 型扩束镜和可调 连接和螺纹连接 是固定的，出厂 定型扩束镜分 柱连接和螺纹连 扩束 倍数 2 2 2.5 2.5 3 3 4 4 5 5 圆柱连接和螺纹 技术开发区光谷 8/3399 文） 调型扩束镜两类 接两种。 厂后客户不可以 为圆柱连接和 连接两种用的是 总长 L(mm) 筒 D 30 30 40 40 50 50 69.7 69.7 89.8 89.8 纹连接两种，进 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 类，每类扩束镜 以自行调整。在 和螺纹连接两种 是进口硒化锌材 筒外径 D(mm) l (mm 24 24 6 24 24 6 24 24 6 31 31 6 31 31 6 进口硒化锌材料 南路 1 号华科科 真：+86（027） 镜又分为直筒和 在工厂生产的时 种。螺纹连接头 材料 m) 最大入射 直径 ( 7 7 5.6 5.6 5.3 5.3 5.75 5.75 4.6 4.6 料。 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 和喇叭筒两种外 时候，我们是可 的可以直接与 射光 mm) 最大输 径 5 5 新特光电技术 外形形式，每种 可以微调两个镜 与我们的扩束镜 输出光直 (mm) 14 14 14 14 16 16 23 23 23 23 术有限公司 种外形扩束镜按 镜片间距的，以 镜架 BEM22x0.75 连接方式 (mm) 24 M22x0.75 24 M22x0.75 24 M22x0.75 31 M22x0.75 33 M22x0.75 司 按 以 5 地 电 网 型 BEST- BEST-1 BEST-1 BEST-10 BEST- BEST-1 BEST- BEST-1 BEST- BEST-1 （2）可调型（2）可调型扩扩 可调型扩束镜 响从而获得经 得准直激光束 可调型直筒可调型直筒扩扩 型 BEST-10 BEST-10 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 型号 10.6-2ZL 10.6-2ZLM 0.6-2.5ZL 0.6-2.5ZLM 10.6-3ZL 10.6-3ZLM 10.6-4ZL 10.6-4ZLM 10.6-5ZL 10.6-5ZLM 扩扩束镜 束镜 镜专为具有较大 经扩束的准直性 。 扩扩束镜：束镜：有圆柱 号 0.6-2ZT .6-2ZTM 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 扩束 倍数 2 2 2.5 2.5 3 3 4 4 5 5 大的发散角度的 性良好的激光束 柱连接和螺纹连 扩束倍 数 （ 2 2 技术开发区光谷 8/3399 文） 总长 L(mm) 筒 D 30 30 40 40 50 50 69.7 69.7 89.8 89.8 的激光扩束所设 束。当入射激光 连接两种，进口 总长 L （mm） 外 （ 40 46 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 筒外径 D(mm) l (mm 24 11. 24 6 24 15. 24 6 24 19 24 6 31 26. 31 6 31 34 31 6 设计。通过调整 光具有较大发散 口硒化锌材料。 外径 D （mm） 24 24 南路 1 号华科科 真：+86（027） m) 最大入射 直径 ( 57 7 55.6 5.6 9 5.3 5.3 55.75 5.75 4 4.6 4.6 整扩束镜片间距 散角时，逐渐加 l (mm) 最 8 6 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 射光 mm) 最大输 径 5 5 距离，在一定范 加大镜片之间的 最大入射光 直径 (mm) 7 7 新特光电技术 输出光直 (mm) 14 14 14 14 16 16 23 23 23 23 范围内可以消除 的距离，在一定 最大输出光 直径 (mm) 14 14 术有限公司 连接方式 (mm) D24/d18 M22x0.75 D24/d18 M22x0.75 D24/d18 M22x0.75 D31/d25 M22x0.75 D33/d25 M22x0.75 除发散角度的影 定的位置即可获 连接方式 (mm) 24 M22x0.75 司 影 获 地 电 网 BEST-10. BEST-10. BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 可调型喇叭筒可调型喇叭筒 产品 BEST-10 BEST-10 BEST-10. BEST-10. BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 (3) 高功率 (3) 高功率二二 A: CBE 系列A: CBE 系列高高 两聚焦镜片间 输入激光束功 BEST- BEST- BEST BEST- BEST BEST- BEST BEST BEST BEST 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 6-2.5ZT 6-2.5ZTM 0.6-3ZT .6-3ZTM 0.6-4ZT .6-4ZTM 0.6-5ZT .6-5ZTM 扩束镜：扩束镜：有圆 品型号 0.6-2ZTL 0.6-2ZTLM .6-2.5ZTL 6-2.5ZTLM 0.6-3ZTL 0.6-3ZTLM 0.6-4ZTL 0.6-4ZTLM 0.6-5ZTL 0.6-5ZTLM 二二氧化碳激光氧化碳激光扩扩 高高功率二氧化功率二氧化碳碳 距可调， 输出端 率可高达500W 产品型号 -10.6-1.3ZTM- -10.6-1.6ZTM- T-10.6-2ZTM-C -10.6-2.5ZTM- T-10.6-3ZTM-C -10.6-3.5ZTM- T-10.6-4ZTM-C T-10.6-5ZTM-C T-10.6-6ZTM-C T-10.6-7ZTM-C 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 2.5 2.5 3 3 4 4 5 5 圆柱连接和螺纹 扩束倍 数 2 2 2.5 2.5 3 3 4 4 5 5 扩扩束镜 束镜 碳碳扩束镜扩束镜 端的通光口径全 W。输入端内螺 -CBE -CBE CBE -CBE CBE -CBE CBE CBE CBE CBE 技术开发区光谷 8/3399 文） 50 56 60 66 75.7 79.7 95.8 99.8 纹连接两种，进 总长 L （mm） 40 46 50 56 60 66 75.7 79.7 95.8 99.8 全部是25mm。 如 螺纹M29x1mm，输 扩束倍数 1.3 1.6 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 24 24 24 24 31 31 31 31 进口硒化锌材料 外径 D （mm） 24 24 24 24 24 24 31 31 31 31 如果输出光斑直 输出端外螺纹M 入射通 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 10. 南路 1 号华科科 真：+86（027） 8 6 8 6 8 6 8 6 料。 l (mm) 8 6 8 6 8 6 8 6 8 6 直径达14.5mm至 M29x1mm。 通光口径 5mm 5mm 5mm 5mm 5mm 5mm 5mm 5mm 0mm 0mm 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 5.6 5.6 5.3 5.3 5.75 5.75 4.6 4.6 最大入射光 直径 (mm) 7 7 5.6 5.6 5.3 5.3 5.75 5.75 4.6 4.6 至22mm， 最大 新特光电技术 14 14 16 16 23 23 23 23 最大输出光 直径 (mm) 14 14 14 14 16 16 23 23 23 23 大入射光直径 10mm 10mm 10mm 8mm 6mm 5mm 4.5mm 3.5mm 3.0mm 2.5mm 术有限公司 24 M22x0.75 24 M22x0.75 31 M22x0.75 33 M22x0.75 连接方式 (mm) 24 M22x0.75 24 M22x0.75 24 M22x0.75 31 M22x0.75 33 M22x0.75 司 式 5 5 5 5 5 地 电 网 BEST BEST- BEST- B: SBE系列B: SBE系列高高 SBE系列扩束镜 无穷到+1.6m， 片是线形移动 的变化。在光路 适合大面积激 BEST-10 BEST-10. BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 T-10.6-8ZTM-C -10.6-10ZTM- -10.6-12ZTM- 高高功率二氧化功率二氧化碳碳 镜适合于2mm至 出厂设置为从 ， 并且没有旋转 路中使用该扩束 激光切割机。 型号 0.6-2ZTM-SBE 6-2.5ZTM-SBE 0.6-3ZTM-SBE 0.6-4ZTM-SBE 0.6-5ZTM-SBE 0.6-6ZTM-SBE 0.6-7ZTM-SBE 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 CBE CBE CBE 碳碳扩束镜 扩束镜 至12mm激光束直 从无穷到+2m，所 转， 避免了在调 束镜后，光束质 扩束倍 x2.0 E x2.5 x3.0 x4.0 x5.0 x6.0 x7.0 技术开发区光谷 8/3399 文） 8 10 12 直径、 激光功率高 所有型号的扩束 调焦中因镜片转 质量在很长一段 倍数 入射通 0 12 5 10 0 8 0 6 0 5 0 4 0 3 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 10. 5.0 5.0 高达1kW的应用 束镜外形是一样 转动产生的不同 段光程都是相同 通光口径 2.50mm 0.20mm .33mm .25mm .00mm .17mm .57mm 南路 1 号华科科 真：+86（027） 0mm 0mm 0mm 用， 调焦范围从- 样的。调焦时聚 同轴和光束强度 同的，所以他们 输出通光口径 25.4mm 25.4mm 25.4mm 25.4mm 25.4mm 25.4mm 25.4mm 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） -10m、 聚焦镜 度分布 们特别 径 新特光电技术 2.1mm 1.7mm 1.4mm 术有限公司 司 地 电 网 C: BE25系列C: BE25系列高高 BE25系列扩束 穷到+2.8m，输 学器件运动） BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-1 D: BE38系列 D: BE38系列高高 BE38系列扩束 57mm。 B B B 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 高高功率二氧化功率二氧化碳碳 镜适合于激光 输出通光口径3 的激光切割机 型号 .6-1.33ZTM-B 0.6-1.5ZTM-BE .6-1.66ZTM-B .6-1.75ZTM-B 0.6-2ZTM-BE2 高高功率二氧化功率二氧化碳碳 镜适合激光功 型号 BEST-10.6-1.1 BEST-10.6-1.2 BEST-10.6-1.3 BEST-10.6-1. 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 碳碳激光扩束镜 激光扩束镜 光功率高达2kW， 5mm。这些扩束 机、大面积激光 扩 E25 x E25 x E25 x E25 x 25 x 碳碳激光扩束镜激光扩束镜 率高达3kW。这 号 15ZTM-BE38 25ZTM-BE38 33ZTM-BE38 5ZTM-BE38 技术开发区光谷 8/3399 文） 这些扩束镜是 束镜应用广泛， 光加工系统等。 扩束倍数 x 1.33 x 1.50 x 1.66 x 1.75 x 2.00 这些扩束镜也是 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 是水冷的，调焦 特别适合飞行 输入通光口 25.0mm 23.2mm 21.1mm 20.0mm 17.5mm 是水冷的，调焦 扩束倍数 x 1.15 x 1.25 x 1.33 x 1.50 南路 1 号华科科 真：+86（027） 焦范围从无 行光路（光 径 焦范围从无穷到 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 到2.8m，输入通 新特光电技术 通光口径38mm， 术有限公司 输出通光口径 司 径 地 电 网 2. Nd:YAG 激2. Nd:YAG 激光光 圆柱直筒连接 1064nm 扩束1064nm 扩束镜镜 型 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-1064 BEST-10 BEST-10 BEST-1 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-10 BEST-106 BEST-10 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 光光扩束镜 (10扩束镜 (106 6 接，镜片间距可 镜镜 号 64-1.5T 064-2M 64-2.5T 064-2.5 4-2.5T-A 064-3M 64-3M-2 1064-3 064-3T 064-4M 64-4M-2 64-4M-3 64-4M-4 064-4T 064-5M 64-5M-2 064-5T 064-6M 64-6M-2 64-6M-3 64-6M-4 64-6M-5 64-6M-6 064-6T 064-8M 64-8M-2 064-10M 64-10M-2 064-15M 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 6 64nm、532 和4nm、532 和 可调 波长 (nm) 扩 倍 1064 1 1064 1064 2 1064 2 1064 2 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 1064 技术开发区光谷 8/3399 文） 3 355nm) 55nm) 扩束 倍数 最大入 直径 1.5 10 2 10 2.5 10 2.5 15 2.5 15 3 10 3 10 3 15 3 15 4 10 4 10 4 10 4 10 4 11 5 10 5 10 5 11 6 10 6 10 6 10 6 12 6 10 6 10 6 11 8 10 8 10 10 11 10 10 15 11 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 入射光 (mm) 最大输 直径 0 21 0 2 0 21 5 2 5 2 0 2 0 2 5 3 5 3 0 2 0 2 0 2 0 2 1 21 0 2 0 2 1 21 0 2 0 2 0 2 2 3 0 4 0 2 1 21 0 2 0 4 1 2 0 2 1 3 南路 1 号华科科 真：+86（027） 螺纹连接 输出光 (mm) 外径 (mm .6 25 28 34 .6 25 28 36 28 36 28 34 28 34 32 42 32 42 28 34 28 34 28 34 28 34 .6 25 28 34 28 34 .6 25 28 34 28 34 28 39 34 42 46 53 28 39 .6 25 28 34 46 53 28 36 28 34 34 40 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 接，镜片间距可 径 m) 长度 (mm) 5 20 4 87 5 49.3 6 60 6 63 4 70.5 4 66.5 2 77 2 80 4 76.5 4 62 4 72.5 4 58 5 64 4 80 4 76.5 5 64 4 81.5 4 83.5 9 95 2 80 3 90.5 9 95 5 64 4 87 3 90.5 6 87 4 90 0 102 新特光电技术 可调 连接 ( M22 M22 M22 30 30 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M3 M3 M22x0. M22 M3 M3 M22 M3 术有限公司 接方式 (mm) 25 2x0.75 25 36 36 2x0.75 2x0.75 或 42 0 或42 2x0.75 2x0.75 2x0.75 2x0.75 25 2x0.75 2x0.75 25 2x0.75 2x0.75 2x0.75 30 x1 30 x1 .75 或39 25 2x0.75 30 x1 30 x1 2x0.75 30 x1 司 地 电 网 BEST-10 532nm 扩束镜 532nm 扩束镜 型 BEST-53 BEST-5 BEST-53 BEST-53 BEST-532 BEST-5 BEST-53 BEST-5 BEST-5 BEST-5 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-5 BEST-5 BEST-53 BEST-5 BEST-5 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-5 BEST-5 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-53 BEST-53 355nm 扩束镜 355nm 扩束镜 型号 BEST-35 BEST-35 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 064-20M 号 32-1.5T 532-2M 32-2.5T 32-2.5 2-2.5T-A 532-3M 32-3M-2 532-3 532-3T 532-4M 32-4M-2 32-4M-3 32-4M-4 532-4T 532-5M 32-5M-2 532-5T 532-6M 32-6M-2 32-6M-3 32-6M-4 32-6M-5 32-6M-6 532-6T 532-8M 32-8M-2 32-10M 2-10M-2 32-15M 32-20M 号 55-4T 55-6T 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 1064 波长 (nm) 扩 倍 532 1 532 532 2 532 2 532 2 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 532 波长 (nm) 扩 倍 355 355 技术开发区光谷 8/3399 文） 20 11 扩束 倍数 最大入 直径 1.5 10 2 10 2.5 10 2.5 15 2.5 15 3 10 3 10 3 15 3 15 4 10 4 10 4 10 4 10 4 11 5 10 5 10 5 11 6 10 6 10 6 10 6 12 6 10 6 10 6 11 8 10 8 10 10 11 10 10 15 11 20 11 扩束 倍数 最大 直径 4 6 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 1 3 入射光 (mm) 最大输 直径 0 21 0 2 0 21 5 2 5 2 0 2 0 2 5 3 5 3 0 2 0 2 0 2 0 2 1 21 0 2 0 2 1 21 0 2 0 2 0 2 2 3 0 4 0 2 1 21 0 2 0 4 1 2 0 2 1 3 1 3 入射光 径 (mm) 最大 11 11 南路 1 号华科科 真：+86（027） 34 40 输出光 (mm) 外径 (mm .6 25 28 34 .6 25 28 36 28 36 28 34 28 34 32 42 32 42 28 34 28 34 28 34 28 34 .6 25 28 34 28 34 .6 25 28 34 28 34 28 39 34 42 46 53 28 39 .6 25 28 34 46 53 28 34 28 34 34 40 34 40 大输出光直 径 (mm) 21.6 21.6 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 0 102 径 m) 长度 (mm) 5 20 4 87 5 49.3 6 60 6 63 4 70.5 4 66.5 2 77 2 80 4 76.5 4 62 4 72.5 4 58 5 64 4 80 4 76.5 5 64 4 81.5 4 83.5 9 95 2 80 3 90.1 9 95 5 64 4 87 3 90.5 4 87 4 90 0 102 0 102 外径 (mm) 25 25 新特光电技术 M3 连接 ( M22 M22 M22 30 30 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M22 M3 M3 M22x0. M22 M3 M3 M22 M3 M3 长度 (mm) 连 64 66 术有限公司 30 x1 接方式 (mm) 25 2x0.75 25 36 36 2x0.75 2x0.75 或 42 0 或42 2x0.75 2x0.75 2x0.75 2x0.75 25 2x0.75 2x0.75 25 2x0.75 2x0.75 2x0.75 30 x1 30 x1 .75 或39 25 2x0.75 30 x1 30 x1 2x0.75 30 x1 30 x1 连接方式 (mm) 25 25 司 地 电 网 BEST-35 3. HeNe 激光3. HeNe 激光扩扩 型号 BEST-63 BEST-63 BEST-63 BEST-63 地址：中国 武 电话：+86（0 网址：www.51 55-8T 扩扩束准直镜（束准直镜（6 6 号 扩 33-3M 33-5M 33-10M 33-20M 武汉 东湖高新技 27）5177338 （中文 355 6 633nm） 33nm） 扩束倍数 最 3 5 10 20 技术开发区光谷 8/3399 文） 8 最大入射光直 径 (mm) 10 10 11 8 谷大道凌家山南 传真 www.sinte 11 最大输出光 (mm) 28 28 28 78 南路 1 号华科科 真：+86（027） 21.6 光直径 ) 外 武汉新 科技园 4 楼 51773389 n（English） 25 外径 (mm) 长度 (m 34 66. 34 76. 34 87 89 17 新特光电技术 68 度 mm) 连 ( .5 M22 .5 M22 7 M 73 M 术有限公司 25 连接 (mm) 2x0.75 2x0.75 30 x1 30 x1 司 聚焦光斑大小的确定聚焦光斑大小的确定 在进行激光切割时，需要将一束激光聚焦在一块尽可能小的光斑上。如果需 使功率密度最大以进行精密切割， 这是完全必需的。 光斑大小受多种因素的影响。 其中最重要的因素有： 激光模式 (M2) 衍射 球差 透镜的形状和焦距可以决定后两种因素。当然，激光模式是由激光器和光束 传输系统决定的。 1. 衍射 光具有波的性质，因此不可避免地会出现衍射现象，该现象存在于所有的光 学系统中，能够决定这些系统在性能方面的理论限值。衍射会使光束在传播过程 中发生横向扩展。如果在对某个准直激光光束进行聚焦时使用的是一个“理想” 透镜，那么光斑的大小将只受衍射作用的影响。计算光斑大小的公式如下： 这一等式可以用来计算由非球面透镜产生的光斑大小。 衍射产生的最重要的影响是，它使光斑大小随焦距线性增加，但与光束的直径成 反比。因此，如果某个特定透镜的输入激光光束直径增加，由于衍射变弱，光斑 会变小。而且，如果对于某个特定激光光束，当焦距减小时，光斑也会变小。 M2- 激光模式参数: 正如您在上一个公式中看到的那样，焦点的大小与激光模式参数，即 M2成 正比。M2表示某条特定光束在传播过程中的发散速度；对于一条理想的 TEM00 激光光束而言，M21。这个参数是用高级仪表测出的，激光器制造商的规格中 也会提供这一参数。 2. 球差球差 您可以用一个理想透镜，对经过准直处理的同轴光线进行聚焦。所有通过光 学元件轴心的光线将形成一个光斑，光斑的尺寸是由衍射中的衍射公式决定的。 不过，许多透镜都会受到球差的影响。球差带来的后果是，与那些穿过透镜中央 的光线相比，那些穿过透镜边缘的光线与光轴的交点离透镜更近，如图所示。 图 1 球差产生示意图 球差会使光斑的尺寸增大， 并将最佳聚焦点移到与计算出的有效焦距不同的 位置上。球差是一个与多种因素有关的函数，这些因素包括透镜形状、朝向和折 射率。例如，如要使冕玻璃透镜聚焦的可见光光斑最小，那么最好采用双凸透镜 的形状。反之，如果是硒化锌透镜用在 10.6m 波长，那么最好将其设计为凹凸 透镜来尽量减小光斑尺寸。 在特定环境下的实际光斑大小是由光线的轨迹决定的；不过，您可以利用公 式，估算出在使用最佳形状的透镜时，由球差带来的光斑大小，即： 其中： f 为透镜的焦距 D 为输入光束在透镜处的直径（在 1/e2 点处） k 是一个折射率函数 上述公式最值得注意的一点是， 球差带来的光斑大小与光束直径的立方成正 比， 而与焦距的平方成反比。 因此， 对于某个特定透镜， 如果激光光束直径减小， 由于球差的关系，光斑会迅速变小。类似地，对于某个特定光束直径，如果焦距 增大，则球差带来的光斑会相应减小。对于所有在列的材料而言，用它们制成的 凹凸透镜，其 k 值远远小于制成的平凸透镜的 k 值。因此，当球差较大时，凹 凸透镜的性能优于平凸透镜。 下表中列出的是多种材料在使用波长为 10.6m 的光线照射时得出的 k 值： 3确定光斑大小确定光斑大小 可以通过平衡衍射和球差的光斑效应来得到出某个特定透镜的最小光斑尺 寸。例如，对于一个焦距为 5.00的硒化锌凹凸透镜，其因衍射和球差带来的光 斑大小可以表示为一个以输入光束直径为参数的函数，如下所示。这一结论假设 该透镜采用的是一条理想的极限衍射输入光束 (M2=1)。衍射和球差带来的光斑 大小之和也显示在图中。 图 2 衍射和球差带来的光斑大小 从图 2 中可以看出， 由球差和衍射带来的总光斑尺寸有一个最小值。当输 入光束直径为 25mm 时， 此最小值为 85um。 严格地说，将球差和衍射带来的 光斑大小简单相加求和并不能得到正确的实际光斑大小， 但它能估算出最坏的情 况下光斑尺寸，一般来讲，它可被用作选择透镜的合适参数。总结如下： 4透镜形状透镜形状 在计算光斑大小的公式中，我们可以看到，衍射带来的光斑大小与透镜形状 无关，但透镜形状会通过参数 k 影响球差带来的光斑大小。因此，当球差带来 的光斑占较大比例时（发生在低光圈值的情况下） ，透镜的形状就变得很重要了。 在某些情况下，想要精确地计算出光斑大小是不可能的。例如，当激光器包 含高次模光时，您很难准确地探测和分析高次模光对透镜性能的影响。在此类情 况下您可参考以下原则，光圈值在 f/5 以下时，凹凸透镜具有较好的性能。如 果光圈值介于 5 和 10 之间，两种透镜形状间的性能差异就可以忽略不计了。 如果光圈值大于 f /10，透镜形状不会使性能产生显著差异。 5. 压力加载压力加载 经常我们需要在真空室和外界之间用透镜或光学窗口镜作为窗口， 或者光学 元件必须承受压力。 鉴于大多数红外光学元件的成本， 以及可能出现的安全问题， 承受压力的光学元件必须有足够的厚度才不致于在加载时发生破裂。另一方面， 由于厚度增加会使光学元件的透射性能下降，因此，出于光学方面的考虑，最好 是尽量减小其厚度。 下文中列出的公式将介绍如何计算出承受压力的光学元件所需的厚度。在计 算时，我们假设光学窗口边缘由光学法兰从下部支撑，上表面