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如何有效控制激光应用的热透镜效应

什么是热透镜效应?当光学镜片受激光束连续照射较长时间后,由于温度升高产生热变形,进而引起透过型光学元件的折射率和反射型光学元件的反射方向发生变化,导致焦点偏移,出现激光加工不稳定的情况。

01热透镜效应在激光应用中的影响

在激光应用中,热透镜效应会导致焦距和焦深变短,焦点位置偏移以及聚焦光斑发生变化,从而直接影响到打标的效果特别是金属深雕、精密焊接、不锈钢打彩和划线等应用。

随着加工功率越高,会导致场镜受热膨胀越迅速,热透效应也越明显。从而会影响到切割以及连续焊接的效果,出现底部熔渣增多,切割不断等问题。

02热透镜效应的解决方案

由于光学元件质量差、脏污、损坏等原因都是造成的热透镜更加明显的因素。而在实际的激光应用中,除了使用前对光学器件,零部件进行检查清洁外,不同材料与质量的场镜能有效的降低热透镜效应,下面将会通过几组对比测试分析三款国产品牌的F160场镜在热透镜效应和像差上的差异。

03基于热透镜效应的场镜对比测试

测试方法

我们主要测试了以上三款场镜在单一应用环境下的对比,如下图:

①满功率在倾斜不锈钢板上,从左往右标刻长条矩形

②测量出平行于不锈钢表面方向的高度变化量F

③计算焦距变化L=(h2/h1)F

测试结果

三款场镜在相同的条件下,焦点上移的距离是不同的,使用玻璃振镜的上移距离最长,但两款石英材质的场镜上移距离短。

在实际激光应用过程中,除了更换更好石英材质场镜外,在不同的使用环境中,也应检查各光学元件(如:输出头镜片、准直器、合束镜片等)的脏污,损坏情况,进行及时的清洁与更换。

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