常用激光光学元器件介绍

常用激光光学元器件介绍目的及意义光学元器件是激光设备的重要组成部分之一，直接影响激光加工的效果。希望同事们结合平时的经验对光学元器件有进一步的理解。器件分类普通元件全反镜片分光镜片扩束镜聚焦镜滤光片保护窗口偏振元件波片布儒斯特镜起偏器分光棱镜其它元件分光光栅整形镜片倍频晶体激光晶体主要内容1.光路转折系统2.聚焦系统3.保护系统4.偏振器件及其它5.元器件清洁6.聚焦透镜1、光路转折系统HG7老光路HG7新光路重要参数：1.透射率及反射率2.平面度3.激光损伤阈值4.镜片材料5.厚度2、聚焦系统聚焦系统有个很重要的参数，即聚焦光斑大小，公式为：spotsizetotal=spotsizediffraction+spotsizeaberration=2324fkDDfM一般情况下，我们忽视像差的影响，那么光束质量M2越接近1，焦距f越小，入射光斑D越大，聚焦光斑越小衍射对聚焦光斑的影响设计光斑与实际光斑焦点处的实际光束情况M^2对光斑大小的影响2.1扩束镜扩束镜的作用1.增加光斑直径，减小发散角，使聚焦光斑变小2.减小光斑的能量密度扩束镜可视为倒置望远镜，按扩束原理分为两种伽利略式、开普勒式伽利略系统开普勒系统扩束镜的设计扩束镜在设计的过程中，是不考虑激光器发散角的，要求平行光进，平行光出。2.2聚焦透镜f-θ透镜，又称场镜，通常由三到五片单透镜组合而成，用于激光扫瞄显微聚焦镜：外形跟显微物镜相似，不仅具有显微物镜放大的作用，还具有激光聚焦作用，用于激光微加工。平凸透镜双片聚焦多片扫描三片聚焦2.3常用聚焦透镜类型2.４光纤传导聚焦光纤数值孔径：光纤传导优势：把能量传输到需要的地方对入射光的光束质量进行整形耦合要求：聚焦光斑0.8光纤直径入射半角准直聚焦出射光发散角＝2221sinnnnNA2准直镜焦距聚焦镜焦距＝光纤芯径聚焦光斑光学共轭关系D1为物方点大小，L1为物方点到透镜距离D2为像方点大小，L2为透镜到像点的距离其它情况不变的情况下，L1越大，L2越小，D2也越小。3、保护系统聚焦镜保护玻璃防止加工物体的飞溅物或烟尘直接污染透镜。设备防护镜片设备上的透明罩，用于观察并防激光辐射。防护眼镜保护眼睛直接被辐射。滤光片用于CCD前，防止加工物体反射回来的激光打伤CCD，并且使物体加工过程中仍有清晰的图像。透光辨别方法：对着光看，能看到什么颜色就是透什么颜色注意：不可让激光直接透过有色玻璃滤光片干涉滤光片4、偏振器件及其它偏振分光光路激光具有线偏振特性激光的偏振会影响加工质量4.1偏振基础分类：自然光、部分偏振光、线偏振光偏振度P:线偏振光ImaxIminminmaxminmaxIIIIP偏振方向与传播方向波片：相位延迟器，使偏振光的两个垂直的线偏振光之间产生一个相对的相位延迟，改变偏振态。波片比较薄，通常需要带支架。零级胶合波片：相位延迟精度高（λ/300），但损伤阈值低。多级波片：相位延迟精度（λ/100），但损伤阈值高。常用波片：λ/2波片：或叫半波片，改变线偏振光的偏振方向λ/4波片：把线偏振光变为圆偏振光或椭圆偏振光波片λ/2波片λ/4波片偏振分光棱镜，又称PBS，把入射光分为相互垂直并且偏振方向也相互垂直的两束光，能量跟入射光的偏振有关。布儒斯特反射镜，反射掉一个方向的偏振光，透射另一方向偏振光。光栅：对入射光波的振幅或相位或同时对振幅和相位进行空间周期性调制的光学元件，具有分光能力。整形镜：将高斯分布的光束整形为其它分布形式的光束。倍频晶体：一种具有倍频效应的非线性晶体材料。5、元器件清洁表面有灰的先用气吹斜着吹镜头液搭配：酒精+乙醚（1:1）特别脏的先用丙酮擦拭往一个方向擦，不可来回擦或绕圈擦刚粘上指印要马上擦用灯透射照明检查EP:enterpupilEFL:effectivefocallengthBFL:backfocallengthWD:workingdistance6、聚焦透镜spotsize=Df4实际聚焦效果的影响１、入射光（直径或发散角以及M2）与设计不一样２、装配误差（偏心及透镜间隔）３、机械误差４、设计存在像差５、热影响６、f-θ镜接圈球差对焦点位置的影响实际焦点处光斑理论焦点处光斑聚焦处示意图存在像差的光斑球差示意图