在激光加工三大應用中，激光打標作為一個（gè）普（pǔ）遍（biàn）性廣、低門檻的行業，最先進入中國市場，並得（dé）到快速的發展。為了在（zài）激光打標這片紅（hóng）海區凸顯出自己獨特的產品優勢，創鑫激光繼推出一係列小於100W的脈（mò）衝光纖激光器之後，又推出了100W-300W脈衝（chōng）光纖（xiān）激光器。但（dàn）在（zài）中高（gāo）功率（lǜ）的脈（mò）衝光纖激光器應用中，熱透（tòu）鏡效應是不（bú）可避免的。
一、熱透鏡（jìng）效應
熱透鏡效應是指LD（半導體激光器）工作時產生的溫度會使晶（jīng）體表麵發生熱形變，造成了晶體各部分密度不（bú）同，而光在經過不同密度的分（fèn）界線時發生不同程度的折（shé）射，因（yīn）此就（jiù）形成了像是（shì）光（guāng）線通過普通透鏡一（yī）樣（yàng）的折射效果。
1、LD（半導體激光器）工作時產生的（de）溫度會使晶體表麵發生（shēng）熱形變，造成（chéng）了晶體各部分密（mì）度不同，而光（guāng）在經過不同（tóng）密度的分（fèn）界線時發生不同程度折射，因此就形成了像是光（guāng）線通過普通透鏡一樣的折射效果
2、實際情況有時與理論不符光腰在諧振腔外而且隨著功率的升高光腰處光斑的尺寸逐漸縮小似乎輸出耦合鏡（平麵鏡）變（biàn）成了一個會（huì）聚透鏡（jìng）這一現象通（tōng）常稱為熱透鏡效應
3、激光束通過熱（rè）不均勻介（jiè）質Nd∶YAG的情況與通過透鏡的（de）情況相（xiàng）似,稱為熱透鏡效應.熱透鏡效應主要由激光棒的溫度梯度和熱（rè）應變（biàn）光彈性導致的折射率不均勻分布引起（qǐ）
4、工作物質由（yóu）於熱效應,中心膨脹（zhàng）最厲害,外表麵由冷卻水進行冷（lěng）卻,幾乎沒有膨脹,與透鏡的情況極為相似,故稱為熱透鏡效應.熱透鏡效應是種種熱效應中（zhōng）對光束質量影響最大的
5、故稱為熱透鏡效應.表征熱透鏡效應的主要參數有熱透鏡（jìng）的焦距f和光焦度D(D=1f),光焦度的定（dìng）義（yì）為[2]:D=1 f≈-l [a(n0-1)+dndT+εr,] d2Tdr2|r=0,(2)
式(2)中:a=1ldldT為線脹（zhàng）係（xì）數
光學元件受激光束連續照射較長時間後，由於溫度升高產生熱變形，進（jìn）而引起透過型光學元件的折射率和反射型光學（xué）元件的反（fǎn）射方向發生變化（huà）。熱透鏡效應會改變激光焦點（束腰）的位置，進而影響應用效果。
對於脈衝光纖設備（bèi），激光從激光器的隔離器（透過型）輸出後，主要經過（guò）紅光合束鏡片（透過型）、振鏡（jìng）（反射型）和f-θ場鏡（透過型）這些光學元（yuán）件（jiàn）。由於透過型光學元件的熱透（tòu）鏡效應更明顯，因此接下來主要針對激光器、紅光合束鏡片與場（chǎng）鏡（jìng）做相應分析。
紅光合束鏡熱透鏡前後對比
場鏡熱透鏡前後對比
二、熱透鏡效應的影響
產生（shēng）熱透鏡效應時，光學（xué）元件受熱膨脹，出現聚焦能（néng）力變強，聚（jù）焦光斑尺寸變小，焦距和（hé）焦深變短現象。這些現象的產生，最終會造成打標不穩定，影響打標效果。通過（guò）脈衝光纖激光器的幾（jǐ）個典型應用分（fèn）析熱透鏡效應的影響：
1．氧化鋁打黑：
發生熱透鏡效應時，焦距變（biàn）短，材料表麵能量密度降低，氧化鋁打不黑，嚴（yán）重時出現中心和邊緣效果黑（hēi）度不一致現象。
2．金屬深雕：
金屬（shǔ）深（shēn）雕一般使用焦（jiāo）距（焦深（shēn））短的（de）場鏡，當高功率深雕時，由於熱透鏡效應，材料處能（néng）量密度迅（xùn）速下降，造成金屬打雕（diāo）不深。由於光學元件中心（xīn）比邊緣膨（péng）脹大，出現中心淺，四周深現（xiàn）象（深度不一致）。
3．薄片切割：
根據不同的（de）材料，脈（mò）衝光纖激光器切割薄片通常采用單次慢速或多次快這兩種方（fāng）法（fǎ）。熱膨脹（zhàng）與冷卻回縮可以在很短時間（＜1S）內發生（shēng），因此切割時出現起始位（wèi）置可以切穿，其它位置切不穿材料。
4．金屬（shǔ）薄片焊接：
對於高（gāo）功率脈衝光（guāng）纖激光器焊接金屬薄（báo）片（＜0.6mm），通（tōng）常采用圓形螺旋線填充的（de）方式焊接。熱透鏡效應會造成焊點大小不一致，拉拔力不夠。
三、熱透鏡效應的測量
不（bú）同材質的光學元件，熱膨脹係數不一樣，因此對於不同配置的激光係統，應用（yòng）於不同的材料，熱透鏡效應（yīng）的程度都不一樣。既然熱透鏡效應不（bú）可避免（miǎn），那麽將熱透（tòu）鏡程度進行量化，設（shè）定標準（zhǔn）就顯得極其重要。焦距的變化反映出熱透（tòu）鏡的程度，下麵通過（guò）兩（liǎng）種方（fāng）法去測量焦距的（de）變（biàn）化：
1．調焦法：
優點：操作（zuò）簡單（dān），可（kě）以（yǐ）大（dà）致（zhì）測量出焦距變化量（liàng）
缺點：由於焦深的存在，高度（dù）F1與F2存在一定的誤差，因此焦距變化量L不太（tài）準確，可（kě）以通過多次測試減小誤差；高功率下打標，光太強，不易重新（xīn）找到焦點位置
2．打標（biāo）效果測量法：
測試（shì）方法示（shì）意（yì）圖
通（tōng）過如下操作，可以測出各個光學元件熱透鏡的程度（dù）：
打標效果圖
四、熱透鏡效應的改善
功率越高或標刻高反材料，光學元件受熱膨脹越迅速，熱透鏡（jìng）越明顯。改善熱透鏡，可以（yǐ）在激光器、場鏡和紅（hóng）光合（hé）束鏡片三（sān）方麵（miàn）著（zhe）手：
1．激光器：
準（zhǔn）直器的光學透鏡使用石英材料，減小（xiǎo）熱膨脹係數（shù）；定期清潔激光器輸出頭的保護鏡片，避免雜質汙染。
2．場鏡（jìng）：
使用中（zhōng）高功率（≥100W）脈衝光纖激光器，建議（yì）場鏡選用複合材料（liào）或石英材料；定期檢查和清潔場鏡的保護鏡片（piàn），避免雜質汙染或損傷。
