從(cong) 激光器發出的激光束具有一定的發散角。對於(yu) 激光加工，通過安裝擴束鏡使激光光束變為(wei) 準直光束，能在聚焦之後，獲得高功率密度的光斑。
/ ZAMIA F8i CO2射頻激光器 + 激光擴束鏡 /
激光擴束鏡和光學望遠鏡（折射望遠鏡）的原理是在本質上是相同的。激光擴束鏡是將物鏡和成像透鏡的位置相互交換後的折射望遠鏡。因此，與(yu) 折射望遠鏡相同，激光擴束鏡可以分為(wei) 兩(liang) 類：開普勒式和伽利略式。
開普勒式擴束係統由兩(liang) 個(ge) 正焦距的透鏡構成，兩(liang) 透鏡焦點重合，分別布置在焦距之和的兩(liang) 個(ge) 位置，靠近物體(ti) 一側(ce) 的透鏡叫物鏡，另一側(ce) 的透鏡叫成像鏡，在兩(liang) 透鏡之間存在一個(ge) 實像麵（光線匯聚處）。
伽利略式擴束係統是由一個(ge) 正透鏡和一個(ge) 負透鏡組成，也是分布在兩(liang) 透鏡焦距之和的位置，由於(yu) 負透鏡的焦距為(wei) 負值，因此兩(liang) 透鏡之間的距離相比開普勒式較短。
由於(yu) 開普勒式擴束係統在兩(liang) 片透鏡之間會(hui) 形成一個(ge) 能量聚焦區域，加熱周圍的空氣，可能導致波前誤差，高功率的激光器甚至會(hui) 導致空氣電離，因此，伽利略式擴束係統在大部分的應用場景中更加適用。
/ 伽 利 略 式 擴 束 係 統 示 意 圖 /
開普勒式擴束係統通常被應用在一些需要改變光束質量的空間濾波的場景中，因為(wei) 該擴束係統在透鏡之間存在一個(ge) 放置濾光片的焦點。
/ 開 普 勒 式 擴 束 係 統 示 意 圖 /
在激光加工的過程中，激光加工設備聚焦光斑的計算公式為(wei) ：
公式中：D為(wei) 聚焦光斑的大小，f為(wei) 聚焦係統的有效焦距，θ為(wei) 入射激光束的全角發散角
在激光器出口和聚焦係統之間，插入m倍的擴束鏡後，激光光斑將擴大m倍，相應的發散角會(hui) 變為(wei) θ/m。例如，在激光係統中加入3倍的擴束鏡，聚焦光斑為(wei) D/3，為(wei) 原來的1/3，明顯縮小。不過，按照上述公式，我們(men) 也可以使用焦距為(wei) f/m長的的聚焦係統得到同樣大小的聚焦光斑。那麽(me) ，選用擴束鏡有何優(you) 勢？接下來，小特將分別針對激光切割機和激光打標機加以分析。
激光切割機選用擴束鏡的優(you) 勢：
激光切割機聚焦頭相對激光器出口的移動變化範圍很大。加入擴束鏡後，激光光束的發散角變小，在加工範圍內(nei) ，入射到聚焦鏡的光斑變化相對更小，可以得到更加均勻的加工效果。同時，激光聚焦頭的工作距離長，利於(yu) 保護聚焦鏡。
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對於(yu) 激光切割機，在匹配擴束鏡時須注意以下幾點：
· 擴束鏡的鍍膜波長和激光器的波長匹配。
· 注意擴束鏡允許的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小於(yu) 入射光斑，並滿足擴束後的激光光斑不大於(yu) 擴束鏡的出射光斑。
· 擴束後的光斑大小要和後續光路的45度反射鏡匹配，並且小於(yu) 聚焦鏡的直徑。
· 擴束後的光斑，不大於(yu) 聚焦鏡焦距的30%，如果光斑太大，對於(yu) 平凸和彎月透鏡，由於(yu) 球差的影響，光斑反而會(hui) 變大。
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激光打標機選用擴束鏡的優(you) 勢：
相比於(yu) 激光切割機，激光打標機的聚焦頭相對於(yu) 激光器出口位置是比較固定的。激光打標機選用擴束鏡後可以使得激光聚焦頭的工作距離基本不變，打標範圍也不會(hui) 變小。
/ CO2激光 - 激光打標 /
對於(yu) 激光打標機係統，在匹配擴束鏡時須注意以下幾點：
· 擴束鏡的鍍膜波長和激光器的波長匹配。
· 注意擴束鏡允許的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小於(yu) 入射光斑，並滿足擴束後的激光光斑不大於(yu) 擴束鏡的出射光斑。
· 擴束後的光斑大小要和振鏡的振鏡片匹配，不大於(yu) 振鏡片允許的最大入射光斑。
· 擴束後的光斑大小要和F-θ場鏡允許的入射光斑匹配，不可大於(yu) 場鏡允許的最大入射光斑。
· 如果是前聚焦打標機係統，擴束後的激光光斑不大於(yu) 前聚焦係統允許的入射光斑。
在激光作業中，為了使激光光斑能得到更優質的聚焦效果，我們需要注意擴束鏡安裝位置。由於CO2射頻激光器內部傳輸光路的限製，在激光器出口位置，激光束並不是完美的基模高斯光束。以F係列射頻激光器為例，激光器出口位置的光場還未達到高斯分布，因此在該位置添加擴束鏡是不合適的。
/ ZAMIA F係列CO2射頻激光器 /
根據激光光束相幹傳(chuan) 輸特性，激光束在空間自由傳(chuan) 輸一段距離後，將逐漸變為(wei) 高斯光場分布。在光束變為(wei) 高斯光場分布後，再添加擴束鏡，有利於(yu) 獲得更優(you) 質的聚焦光斑。經實驗表明，在距離F係列射頻激光器出光口約為(wei) 10cm外安裝擴束鏡，將獲得更優(you) 質的聚焦光斑。
/ F係列射頻激光器 - 擴束鏡安裝示意圖 /
對於(yu) Q係列的激光器，由於(yu) 內(nei) 置了光束整形係統，激光器輸出準基模圓對稱高斯光束。因此，對於(yu) 安裝擴束鏡的位置相對不那麽(me) 敏感。
/ ZAMIA Q係列射頻激光器 - 集成光束整形係統 /N30Pro+射頻激光器提供的內(nei) 置擴束鏡（3/4/5倍可選），為(wei) 用戶解決(jue) 了擴束鏡匹配的繁瑣工序，整機裝配時間提升了30%以上；同時使激光器的光束能量分布更加均勻，加工精度更高。
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