下图光路为本文所讲激光匀化的核心光路:
la1,la2同型号微透镜阵列 fl:聚焦镜 fp:接收屏面 dn:入射准直光直径 dpt:匀光大小
fla1=fla2:微透镜阵列的焦距 a12:微透镜间距离 s:阵列2与聚焦镜间距 ffl:聚焦镜焦距
微透镜阵列激光焊接匀化实例应用中,通常使两个微透镜之间的距离为其焦距,两个微透镜为同型号同参数的微透镜。成像在fp上的光斑形状以及对应的尺寸比例与微透镜真理的子口形状、尺寸比例相关。即,子口经的形状为圆,焦面上的匀光光斑为圆;若想得到相应比例的矩形光斑,就需要更换想应比例的矩形子口经的微透镜阵列。激光焊接光学计算中,主要影响的参数是阵列的焦距f,聚焦镜的焦距f以及阵列的子口经大小p。简化后粗略的计算公式如下:
dft= pla·ffl/ fla2
下图是我司激光焊列行业企业客户的测试样品,测试所使用的微透镜阵列为ml-r500*300-f6.7——矩形口径微透镜阵列,子单元尺寸为0.5mm*0.3mm,焦距为6.7mm。(我司微透镜阵列的命名方式:ml-形状+子单元尺寸-子单元焦距,其中子单元尺寸单位为μm,焦距单位为mm。r代表矩形子单元口径,h为六边形,s为方形,c为圆形。)。聚焦镜的焦距为100mm。其中,d为测试中pt距离聚焦镜fl的距离。当d=100mm=f的时候,在pt面形成了较好的矩形光斑,光斑尺寸约为7.5mm*4.5mm,与口径的5:3比例矩形十分相合。讲p=0.5*0.3μm,f=100mm,f=6.7mm带入上面简化的式子,计算的光斑尺寸应为7.46*4.78mm,与实际结果较为接近。
客户在日常元器件的选择中,可以根据上述的简化公式进行激光焊接光学计算。日常的应用中,客户的工作距离(一般工作距离,以聚焦镜开始计算。为了保持较好的匀化效果,应使聚焦镜的焦距=工作距离)和所希望的光斑尺寸较为固定。所以,可以由这两个已经确定的条件,反推出所需要的微透镜阵列p/f比值,在根据p/f在我司的标准品手册中筛选。
例如,客户需要在聚焦镜后100mm的工作距离上,实现4*3mm的光斑。则相应的计算为f=100mm,s=4*3mm。由s/f,等,相应的p/f比值应该为0.04*0.03。对应到我司的标准品,就是ml-r400*300-f10这款型号。激光焊接匀光光路即为:ml-r400*300-f10阵列组+f=100mm的聚焦镜,以此类推。
从上图中也可以看出,随着工作距离d的缩小,光斑尺寸开始产生变形,逐渐椭圆,向圆形靠近。针对这种情况,可以选用小焦距的聚焦镜,以防止激光焊接匀化光斑变形,确保光斑成型比例不变。
