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深圳海納光學有限公司
主營產品： 激光護目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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微透鏡應用實例，激光勻化焊接的光斑調整
2022-4-1 閱讀(2931)
隨著科技進步，精小加工、高集成加工日益與人們的生活相融。激光焊接具有利于自動化，形變小，美觀，深熔深等諸多優點。反之，也相應著其苛刻的構成。其中最首要，也是無法繞開的關鍵問題之一就是激光焊接勻化。將入射的高斯光，勻化成平頂光。高斯光能量分布不勻，會嚴重影響焊接的質量。常見的平頂光整形，主要分為DOE和ROE兩類。而ROE激光勻光中，又以微透鏡陣列為出眾的黑馬。其廉價、優異激光勻化效果帶來高性價比。本文主要以實例介紹微透鏡陣列用于激光焊接微透鏡，將高斯光勻化成平頂光的相關激光焊接光學計算。
下圖光路為本文所講激光勻化的核心光路：
LA1，LA2 同型號微透鏡陣列 FL：聚焦鏡 FP：接收屏面 dn：入射準直光直徑 DPT：勻光大小
fLA1=fLA2：微透鏡陣列的焦距 a12：微透鏡間距離 S：陣列2與聚焦鏡間距 fFL：聚焦鏡焦距
微透鏡陣列激光焊接勻化實例應用中，通常使兩個微透鏡之間的距離為其焦距，兩個微透鏡為同型號同參數的微透鏡。成像在FP上的光斑形狀以及對應的尺寸比例與微透鏡真理的子口形狀、尺寸比例相關。即，子口經的形狀為圓，焦面上的勻光光斑為圓；若想得到相應比例的矩形光斑，就需要更換想應比例的矩形子口經的微透鏡陣列。激光焊接光學計算中，主要影響的參數是陣列的焦距f，聚焦鏡的焦距F以及陣列的子口經大小p。簡化后粗略的計算公式如下：
DFT= pLA·fFL/ fLA2
下圖是我司激光焊列行業企業客戶的測試樣品，測試所使用的微透鏡陣列為ML-R500*300-F6.7——矩形口徑微透鏡陣列，子單元尺寸為0.5mm*0.3mm，焦距為6.7mm。(我司微透鏡陣列的命名方式：ML-形狀+子單元尺寸-子單元焦距，其中子單元尺寸單位為μm，焦距單位為mm。R代表矩形子單元口徑，H為六邊形，S為方形，C為圓形。)。聚焦鏡的焦距為100mm。其中，d為測試中PT距離聚焦鏡FL的距離。當d=100mm=F的時候，在PT面形成了較好的矩形光斑，光斑尺寸約為7.5mm*4.5mm，與口徑的5：3比例矩形十分相合。講p=0.5*0.3μm，F=100mm，f=6.7mm帶入上面簡化的式子，計算的光斑尺寸應為7.46*4.78mm，與實際結果較為接近。
客戶在日常元器件的選擇中，可以根據上述的簡化公式進行激光焊接光學計算。日常的應用中，客戶的工作距離(一般工作距離，以聚焦鏡開始計算。為了保持較好的勻化效果，應使聚焦鏡的焦距=工作距離)和所希望的光斑尺寸較為固定。所以，可以由這兩個已經確定的條件，反推出所需要的微透鏡陣列p/f比值，在根據p/f在我司的標準品手冊中篩選。
例如，客戶需要在聚焦鏡后100mm的工作距離上，實現4*3mm的光斑。則相應的計算為F=100mm，S=4*3mm。由S/F，等，相應的p/f比值應該為0.04*0.03。對應到我司的標準品，就是ML-R400*300-F10這款型號。激光焊接勻光光路即為：ML-R400*300-F10陣列組+F=100mm的聚焦鏡，以此類推。
從上圖中也可以看出，隨著工作距離d的縮小，光斑尺寸開始產生變形，逐漸橢圓，向圓形靠近。針對這種情況，可以選用小焦距的聚焦鏡，以防止激光焊接勻化光斑變形，確保光斑成型比例不變。
