激光擴束鏡是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。從激光器發(fā)出的激光束具有一定的發(fā)散角，對于激光加工來(lái)說(shuō)，只有通過(guò)擴束鏡的調節使激光光束變?yōu)闇手惫馐?，才能利用聚焦鏡獲得細小的高功率密度光斑。
/ ZAMIA F8i?CO2射頻激光器 + 激光擴束鏡 /
在激光作業(yè)過(guò)程中，使用激光擴束鏡進(jìn)行擴束，獲得更小的光斑，得到越來(lái)越廣泛的應用。
激光擴束鏡和光學(xué)望遠鏡（折射望遠鏡）的原理是在本質(zhì)上是相同的。我們可以簡(jiǎn)單地理解為，激光擴束鏡是將物鏡和成像透鏡的位置顛倒過(guò)來(lái)放置的折射望遠鏡。因此，激光擴束鏡按照透鏡結構也可以分為兩類(lèi)：開(kāi)普勒式和伽利略式。
開(kāi)普勒式擴束系統由兩個(gè)正焦距的透鏡構成，兩透鏡焦點(diǎn)重合，分別布置在焦距之和的兩個(gè)位置，靠近物體一側的透鏡叫物鏡，靠近眼睛的透鏡叫成像鏡，在兩透鏡之間存在一個(gè)實(shí)像面（光線(xiàn)匯聚處）。
伽利略式擴束系統是由一個(gè)正透鏡和一個(gè)負透鏡組成，也是分布在兩透鏡焦距之和的位置，由于負透鏡的焦距為負值，因此兩透鏡之間的距離相比開(kāi)普勒式較短。
由于開(kāi)普勒式擴束系統在兩片透鏡之間會(huì )形成一個(gè)能量聚焦區域，加熱周?chē)目諝?，可能導致波前誤差，高功率的激光器甚至導致空氣電離，因此，在大部分的應用場(chǎng)景中，伽利略式擴束系統更被大家所青睞。
/ 伽 利 略 式 擴 束 系 統 示 意 圖?/
但是，在一些需要改變光束質(zhì)量的空間濾波的擴束系統中，由于開(kāi)普勒式擴束在透鏡之間存在一個(gè)放置濾光片的焦點(diǎn)，則通常會(huì )使用開(kāi)普勒式擴束系統。
/?開(kāi) 普 勒?式 擴 束 系 統 示 意 圖?/
在激光加工的過(guò)程中，激光加工設備聚焦光斑的計算公式為：
公式中：D為聚焦光斑的大小，f為聚焦系統的有效焦距，θ為入射激光束的全角發(fā)散角
在激光器出口和聚焦系統之間，插入m倍的擴束鏡后，激光光斑將擴大m倍，相應的發(fā)散角則會(huì )變?yōu)棣?m。例如，在激光系統中加入3倍的擴束鏡，聚焦光斑為D/3，為原來(lái)的1/3，明顯縮小。不過(guò)，我們從公式中也不難看出，想要得到同樣大小的聚焦光斑，也可以使用焦距為f/m長(cháng)的的聚焦系統。那么，選用擴束鏡的優(yōu)勢在在哪？小特將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(yōu)勢：
激光切割機聚焦頭相對激光器出口的移動(dòng)，變化范圍很大，加入擴束鏡后，激光光束的發(fā)散角變小，在加工范圍內，入射到聚焦鏡的光斑變化更小，可以得到更加均勻的加工效果。同時(shí)，激光聚焦頭的工作距離長(cháng)，利于保護聚焦鏡。
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對于激光切割機，在匹配擴束鏡時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：
·?擴束鏡的鍍膜波長(cháng)和激光器的波長(cháng)匹配。
·?注意擴束鏡允許的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小于入射光斑，并滿(mǎn)足擴束后的激光光斑不大于擴束鏡的出射光斑。
·?擴束后的光斑大小要和后續光路的45度反射鏡匹配，并且小于聚焦鏡的直徑。
·?擴束后的光斑，不大于聚焦鏡焦距的30%，如果光斑太大，對于平凸和彎月透鏡，由于球差的影響，光斑反而會(huì )變大。
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激光打標機選用擴束鏡的優(yōu)勢：
相比于激光切割機，激光打標機的聚焦頭相對于激光器出口位置是比較固定的，但是相較于調整聚焦系統，激光打標機選用擴束鏡后可以使得打標范圍不會(huì )變小以及激光聚焦頭的工作距離基本不變。
/ CO2激光 - 激光打標 /
對于激光打標機系統，在匹配擴束鏡時(shí)須注意以下幾點(diǎn)：
·?是擴束鏡的鍍膜波長(cháng)和激光器的波長(cháng)匹配。
·?注意擴束鏡允許的入射光斑和出射光斑。激光光斑需小于入射光斑，并滿(mǎn)足擴束后的激光光斑不大于擴束鏡的出射光斑。
·?擴束后的光斑大小要和振鏡的振鏡片匹配，不大于振鏡片允許的最大入射光斑。
·?擴束后的光斑大小要和F-θ場(chǎng)鏡允許的入射光斑匹配，不可大于場(chǎng)鏡允許的最大入射光斑。
·?如果是前聚焦打標機系統，擴束后的激光光斑不大于前聚焦系統允許的入射光斑。
/ CO2激光 - 激光噴碼 /
為了在激光作業(yè)中光斑可以得到更優(yōu)質(zhì)的聚焦效果，擴束鏡安裝的位置也尤為重要。由于CO2射頻激光器內部傳輸光路的限制，在激光器出口位置，激光束并不是完美的基模高斯光束。以F系列射頻激光器為例，激光器出口位置的光場(chǎng)還未達到高斯分布，因此在該位置添加擴束鏡是不合適的。
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根據激光光束相干傳輸特性，激光束在空間自由傳輸一段距離后，將逐漸變?yōu)楦咚构鈭?chǎng)分布。在光束變?yōu)楦咚构鈭?chǎng)分布后，再添加擴束鏡，便可以獲得更優(yōu)質(zhì)的聚焦光斑。經(jīng)實(shí)驗表明，在距離F系列射頻激光器出光口約為10cm外安裝擴束鏡，將獲得更優(yōu)質(zhì)的聚焦光斑。
/ F系列射頻激光器 -?擴束鏡安裝示意圖 /
對于Q系列的激光器，因為內置的光束整形系統（點(diǎn)擊了解），經(jīng)過(guò)光束整型后輸出準基模圓對稱(chēng)高斯光束。因此對于安裝擴束鏡的位置相對不那么敏感。
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而N30Pro+射頻激光器提供的內置擴束鏡（3/4/5倍可選），不僅為用戶(hù)解決了擴束鏡匹配的繁瑣工序，整機裝配時(shí)間提升了30%以上；還能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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