LBTEK 多焦点透镜——技术说明

一、概述

多焦点透镜就是使照射到样品不同区域的入射激光分别聚焦，在轴向传播方向上同时得到多个能量相等的焦点。标准的多焦点透镜对入射光的偏振态敏感，通常在其前面放置一个圆偏片使用。LBTEK设计的多焦点透镜，当右旋圆偏光入射时，出射光的焦距为正；左旋圆偏光入射时，出射光的焦距为负。当采用右旋圆偏光入射时，激光光束在通过多焦点透镜的不同区域后，在激光传播的方向上形成具有多个能量相等的焦点，焦点之间的间距近乎相等。多焦点透镜在与聚焦透镜搭配使用时，焦点间距可变，能够在传播距离上获得更好的灵活性。

图1 实际光斑传播图

二、特点

1.   多个能量相等的焦点

2.   可预设各焦点之间的距离

3.   接受波长、尺寸、焦点、焦距等参数定制

三、说明

1.    焦点及焦距测量方法

多焦点透镜具有多个焦点且每个焦点能量相等的特性，可以用光束质量分析仪来评估这些特性。我们搭建如下的光路：

图2 多焦点透镜测试系统

激光从激光器出来经过扩束准直变成直径与多焦点透镜通光孔径相当的光斑。在光路里面增加两片偏振片与一片1/4波片，其中Pol#1调节入射光斑光强，Pol#2与1/4波片组成偏振转换系统，将入射光的偏振态从线偏振光转换为圆偏振光，右旋圆偏振光经过多焦点透镜会聚形成多个焦点，并入射到光束质量分析仪里。将光束质量分析仪安装在直线位移台上，通过移动光束质量分析仪位置，来探测不同距离出射光斑的状态。

图3 光束质量分析仪下拍的沿Z轴光斑分布视频

2.    焦点及焦距设计方法

通过计算入射光斑的光强分布、光斑直径、发散角来设计多焦点透镜的相位分布。首先，根据入射光斑的发散角，来计算样品的实际焦距，使其符合设计要求。同时，为了使得各焦点能量分布相等，如图4，假设入射光斑为标准高斯分布光斑，对入射光斑的能量分布进行积分，通过计算，将多焦点透镜由内而外严格分成多个圆环区域，使得各个区域的光在经过多焦点透镜后，落在各个焦点的能量一致。

图4 通过入射光斑来设计多焦点透镜

即使实际激光光斑不是严格的高斯分布，我们可以通过同样的方法，来计算多焦点透镜的相位分布。

LBTEK 多焦点透镜——应用案例

1.激光加工

       采用多焦点透镜能够在切割材料时形成一个更长的“焦深”，当个焦点之间的距离足够小时，焦深长度可认为是最前端焦点到最后端焦点的距离。相当于对材料有一个较深的切割深度，同时在切割深度上能量分布大体均匀，这样就容易得到较好的切割效果。传统的激光切割方法只能对材料的表面起作用，在切割表面形成一定深度的“V”型口，而多焦点透镜方法则是深入材料内部，在一个纵深上同时切割。多焦点透镜的焦点之间的距离会受到光学系统焦距和被切割材料折射率的影响。同时多焦点透射的选择和应用还受到一些其它因素的影响。

LBTEK 多焦点透镜——定制能力

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