激光是單波長(zhǎng)的光源，具有良好的相干性能，在科研和工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。激光光學(xué)泛指用于激光內(nèi)外光路中的光學(xué)元件和器件，例如,激光聚焦鏡、反射鏡、擴(kuò)束鏡、激光切割頭。為了讓小伙伴們能直觀地理解激光的聚焦和準(zhǔn)直的概念。
準(zhǔn)直鏡是針對(duì)點(diǎn)光源來(lái)說(shuō)的，而所謂的點(diǎn)光源，我們?cè)谏钪幸姷谋容^多的如：火柴頭點(diǎn)燃、老式手電筒的燈泡、從能量光纖中出來(lái)的激光。而對(duì)于我們工業(yè)激光行業(yè)來(lái)說(shuō)，我們談準(zhǔn)直鏡基本就是針對(duì)從能量傳輸光纖中出來(lái)的激光來(lái)談的。
從能量光纖出來(lái)的光，是一個(gè)點(diǎn)光源，是有發(fā)散角（θ）的，這個(gè)參數(shù)一般可以查到的。如果我們把這個(gè)點(diǎn)光源放置于光纖準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)上，我們知道：從一個(gè)聚焦鏡（準(zhǔn)直鏡其實(shí)際上把聚焦鏡反過(guò)來(lái)用）的焦點(diǎn)上發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)聚焦鏡之后就變成了平行光。很多人問(wèn)我經(jīng)過(guò)某個(gè)準(zhǔn)直鏡之后出來(lái)的光束直徑是多大，今天我在這里給大家答案，就是2F*tag（1/2*θ），如發(fā)散角是10°，F(xiàn)=150mm，那么從準(zhǔn)直鏡出來(lái)的光束直徑就=2*150*tag（5°）=26.2466mm。這個(gè)公式對(duì)于使用光纖傳輸?shù)恼耒R是焊接機(jī)選擇振鏡是有參考意義的。繼續(xù)往下講就是光纖切割機(jī)行業(yè)人士想了解的東西了。經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡之后，激光進(jìn)入光纖切割機(jī)的聚焦鏡，按照理論來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)直鏡焦距÷聚焦鏡焦距=聚焦后能量密度相對(duì)于之前的密度比，如：準(zhǔn)直鏡焦距是75mm，聚焦鏡焦距是150mm，75÷150=1/2，就是說(shuō)經(jīng)過(guò)聚焦鏡之后聚焦光斑的面積相比于從剛從能量光纖出來(lái)的點(diǎn)光源的面積大一倍，能量密度是原來(lái)的1/2。
有人問(wèn)，為什么要能量密度降低干啥啊，能量密度集中不是更好嗎？這里有幾個(gè)原因：
第一：如果聚焦鏡的焦距越短，聚焦鏡的焦深就越淺，焦深淺就容易導(dǎo)致切不深。
第二：焦距越短，聚焦點(diǎn)越小，切縫就越小，縫小不利于切割出來(lái)熔渣的掉落，導(dǎo)致切不透。所以我們一般盡量使用120-150mm之間的焦距去做光纖切割機(jī)的聚焦鏡。另外我們?yōu)槭裁床挥瞄L(zhǎng)焦距的準(zhǔn)直鏡，這里涉及到兩個(gè)方面的原因：
第一：用長(zhǎng)焦距的光纖準(zhǔn)直鏡，需要更大的鏡片直徑，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)比較麻煩。
第二：用長(zhǎng)焦距的光纖準(zhǔn)直鏡會(huì)導(dǎo)致在聚焦的時(shí)候，對(duì)光纖切割機(jī)的聚焦點(diǎn)很敏感，一旦偏離聚焦鏡焦點(diǎn)一點(diǎn)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)切不透的現(xiàn)象出現(xiàn)。這也就是我們一般光纖切割機(jī)的聚焦一般在：60-100mm之間的原因。
擴(kuò)束
實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要對(duì)激光光束進(jìn)行擴(kuò)束。要實(shí)現(xiàn)這一功能，至少需要兩片透鏡。大多數(shù)激光擴(kuò)束鏡采用伽利略式設(shè)計(jì)，由正透鏡和負(fù)透鏡組合而成。由于較低的擴(kuò)展系數(shù)，簡(jiǎn)單、緊湊的結(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用，擴(kuò)束鏡通過(guò)放大激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)更小的聚焦光斑。
為了使相差最小化，最好選擇這種平凸和平凹透鏡，并且使他們平面的一側(cè)面對(duì)放置。使用透鏡的中心部分可進(jìn)一步減小相差，因此選擇較大尺寸的透鏡會(huì)有幫助。這種擴(kuò)束的設(shè)計(jì)稱為伽利略式擴(kuò)束。采用兩片正焦距的凸透鏡同樣可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束功能，稱為開普勒式擴(kuò)束，但這種設(shè)計(jì)的尺寸更長(zhǎng)。南京波長(zhǎng)光電的BEX系列擴(kuò)束鏡規(guī)格齊全，也可依據(jù)客戶的需求進(jìn)行定制，另外也有一些特性需求的擴(kuò)束鏡如高功率光束擴(kuò)束器，主要應(yīng)用于1030-1090nm光纖激光器，擴(kuò)束鏡采用的熔融石英材料以滿足高功率應(yīng)用，通過(guò)C接口連接。除了固定變倍擴(kuò)束鏡外，還有能覆蓋從紫外到紅外的變倍擴(kuò)束鏡，變倍范圍可按客戶要求定制。
聚焦鏡