在（zài）激光（guāng）加工三大應用中，激光打標作（zuò）為一個普遍（biàn）性廣、低門檻的行業，最先進入中（zhōng）國市場，並得到快速（sù）的（de）發展。為了在激（jī）光打標這片紅海區凸（tū）顯出自己獨特的產品優勢，創鑫（xīn）激光繼推出一係列小於100W的脈衝光纖激光（guāng）器之後（hòu），又推出了（le）100W-300W脈衝光纖激光器。但在（zài）中高（gāo）功率的脈衝光纖激光器應用中，熱透鏡（jìng）效應是不可（kě）避免（miǎn）的。
一、熱（rè）透（tòu）鏡效應
熱透鏡效應（yīng）是指LD（半（bàn）導（dǎo）體激光器）工作時產生的（de）溫度會使晶體表麵發生熱形變（biàn），造成了晶體各（gè）部分（fèn）密度不同，而光在經過不同密度的分界線時發生不同程度的折（shé）射，因此就形成了像是光線通過普通透鏡一樣的折射效果。
1、LD（半導（dǎo）體激光器（qì））工作時產生的溫度會使晶體表麵發生熱形變，造成了晶體各部分密度不同，而光在經過不同密度的分界線時發生不同（tóng）程度折射，因此就形成（chéng）了像是光線通過（guò）普通透（tòu）鏡一樣的折射效（xiào）果（guǒ）
2、實際情況有時與（yǔ）理論不符光腰在諧振腔外而且隨（suí）著功率的升高光腰處（chù）光斑的尺寸逐漸縮小似乎輸出耦合鏡（平麵鏡）變成了一個（gè）會聚透鏡這一現象通常（cháng）稱為（wéi）熱透鏡效應
3、激光束通過熱不均勻介質Nd∶YAG的情況與通過（guò）透鏡的情況相（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應（yīng）變光彈性導致（zhì）的折射率（lǜ）不均勻分布引起（qǐ）
4、工作物質由（yóu）於熱效應,中心膨脹最厲（lì）害,外表麵由冷（lěng）卻水進行冷卻,幾乎沒有膨脹,與透鏡的（de）情（qíng）況極為相似,故稱為熱透鏡效（xiào）應（yīng）.熱透鏡效應是種種熱效應中對光束質（zhì）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（cān）數有熱透鏡（jìng）的焦距f和光焦度D(D=1f),光焦度（dù）的定義為[2]:D=1 f≈-l [a(n0-1)+dndT+εr,] d2Tdr2|r=0,(2)
式（shì）(2)中:a=1ldldT為線脹係數
光學元件受激光（guāng）束連續照射較（jiào）長時間後，由於溫度升高（gāo）產（chǎn）生熱變形，進而引起透過型光學元件的折（shé）射率和反射型光學元件的反射方向發生變化。熱透鏡效（xiào）應會改變激光焦點（束腰）的（de）位置，進而影響應用效（xiào）果。
對於脈衝光（guāng）纖設備，激光從激光器的隔（gé）離器（透過型（xíng））輸出後，主要經過紅光合束（shù）鏡片（透過型）、振鏡（反（fǎn）射型）和f-θ場鏡（透過型）這些光學元件。由於透過型光學元件的熱透鏡效應更明顯，因（yīn）此接下來主要針對激光器、紅光合束鏡片與場鏡做相應分析。
紅（hóng）光合束鏡熱透鏡前後對比
場鏡熱透（tòu）鏡前（qián）後對比
二、熱透鏡效應的影響
產生熱透鏡效應時，光學元件受熱（rè）膨脹，出現聚焦能力變強，聚焦（jiāo）光斑尺（chǐ）寸變小，焦距（jù）和焦深（shēn）變（biàn）短現象。這些現象的產生，最終（zhōng）會造成打標不穩定，影（yǐng）響打標效果。通過脈衝光纖激光器的幾個典型應用分析熱透鏡效應的影（yǐng）響：
1．氧化鋁打黑（hēi）：
發生熱透鏡效應時，焦距變短（duǎn），材料表麵能量密度（dù）降（jiàng）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（diāo）時（shí），由於熱透鏡效應，材（cái）料處（chù）能量密度迅速下降，造成金屬打雕不深。由（yóu）於光學元（yuán）件中心比邊（biān）緣膨脹大，出現中（zhōng）心淺，四周深（shēn）現象（深度不一（yī）致）。
3．薄片切割：
根據不同的材料，脈衝光纖激光器切割薄片通常采用單次（cì）慢速或多次快這兩種方法。熱膨脹（zhàng）與冷（lěng）卻回縮可以在很短時間（＜1S）內發生，因此切割時（shí）出現起（qǐ）始位置可以切穿，其它位置切（qiē）不穿材料（liào）。
4．金（jīn）屬薄片焊接：
對於高功（gōng）率（lǜ）脈衝光纖激光器焊接金屬薄片（＜0.6mm），通常采用圓（yuán）形螺旋線（xiàn）填（tián）充的方式焊接。熱透鏡效應會（huì）造（zào）成焊點大小不一致，拉拔力不夠。
三、熱透鏡效（xiào）應的測量
不同材質的光學元件，熱膨脹係數不一樣，因此對於不同（tóng）配置的激光係統，應（yīng）用於不同的材料，熱（rè）透鏡（jìng）效（xiào）應的程度都不一樣。既然熱（rè）透鏡（jìng）效（xiào）應不可避免，那麽將熱透鏡程度進行量（liàng）化，設定標（biāo）準就顯得極其重要。焦距的變化（huà）反映出（chū）熱透鏡（jìng）的程度，下麵通過兩種方法去測量焦距的變化（huà）：
1．調焦法：
優點：操（cāo）作簡單，可以大致測量出焦距變化量
缺點：由於焦深的存在，高度F1與F2存在一定的（de）誤差（chà），因此焦距（jù）變化量L不太準確，可（kě）以通過（guò）多次測試減小（xiǎo）誤差；高功率下打標，光太強，不易重新找到焦點位置
2．打標效果測量法：
測試方法（fǎ）示意圖（tú）
通過如下操作，可以測出各個（gè）光學元件熱透鏡的（de）程度：
打標效果圖
四、熱透鏡效應的（de）改善
功率越（yuè）高或（huò）標刻高（gāo）反材（cái）料，光學元件受熱（rè）膨脹越迅速，熱透鏡越明顯。改善熱透鏡，可以在激光器、場鏡和紅（hóng）光合束鏡片三方麵（miàn）著手：
1．激光器：
準直器的光學透鏡使用石英材料，減小熱膨（péng）脹係數；定期清潔激光器輸出頭的保護鏡片，避免雜質汙染。
2．場鏡：
使用中高功率（≥100W）脈衝光（guāng）纖激光器，建議場鏡選用複合（hé）材料或石英材料；定期檢（jiǎn）查和清潔場鏡的保護鏡片，避免雜質汙染或損傷。
