隨著光纖激光器在工業加工領域的應用范圍不斷擴展，高功率光纖激光器也有了更大的需求。在更高功率的激光器應用中，就會出現一系列新問題，從而影響激光加工的穩定性，比如熱透鏡效應。

一、什么是熱透鏡效應

由于光學元件質量差、臟污、損壞等原因造成對激光吸收率增大，光學元件受激光束連續較長時間照射后，溫度升高產生熱變形，進而引起透過型光學元件的折射率和反射型光學元件的反射方向發生變化。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。

由于透過型光學元件對激光吸收率更高，溫度上升更大，因此熱透鏡效應更明顯。接下來主要針對不同激光應用設備中，易出現熱透鏡問題的光學元件做分析。

二、熱透鏡效應在激光應用中的影響

功率越高、加工高反材料，光學元件受熱膨脹越迅速，熱透鏡越明顯；產生熱透鏡效應時，光學元件受熱膨脹，出現聚焦能力變強，聚焦光斑尺寸變小，焦距和焦深變短現象。

這些現象的產生，最終會造成激光加工不穩定，影響激光加工效果。

1、對打標的影響

（1）氧化鋁打黑：發生熱透鏡效應時，焦距變短，材料表面能量密度降低，氧化鋁打不黑，嚴重時出現中心和邊緣效果黑度不一致現象。

（2）金屬深雕：金屬深雕一般使用焦距（焦深）短的場鏡，當高功率深雕時，由于熱透鏡效應，材料處能量密度迅速下降，造成金屬打不深。由于光學元件中心比邊緣膨脹大，出現中心淺，四周深現象（深度不一致）。

（3）薄片切割：根據不同的材料，脈沖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法。熱膨脹與冷卻回縮可以在很短時間（＜1S）內發生，因此切割時出現起始位置可以切穿，其它位置切不穿材料。

2、對焊接的影響

（1）金屬薄片點焊：對于高功率光纖激光器點焊金屬薄片，熱透鏡效應會造成焊點大小不一致，焊接不牢固性，拉拔力不夠。

（2）金屬連續焊：連續光焊接金屬相對于切割，反射率更高。高功率焊接時，熱透鏡效應會造成焊接前部分正常，后部分焊接深度淺或完全焊不透。焊接鋁和銅高反材料，熱透鏡效應更明顯。

3、對切割的影響

（1）不銹鋼切割：不銹鋼切割時，熱透鏡效應會造成切割面不一致，掛渣越來越多，甚至出現切割不斷問題。

（2）碳鋼切割：碳鋼切割時，熱透鏡效應會造成底部熔渣越來越多，切割不斷問題。

三、熱透鏡效應解決辦法

1、振鏡頭加工設備不同光學元件鏡片產生熱透鏡效應的解決方法：

2、切割頭／焊接頭加工設備不同光學元件鏡片產生熱透鏡效應的解決方法：

切割頭、焊接頭圖片來自嘉強

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