在激光加工三大應用中（zhōng），激光打標作（zuò）為（wéi）一個普遍性廣、低門檻的（de）行業，最先進入（rù）中國市場，並得到快速的發展。為了在激光打標這片紅海區凸（tū）顯出自己獨特（tè）的產品優勢，創鑫激光繼推出一係列（liè）小於100W的脈（mò）衝光纖激（jī）光器之後，又推出了100W-300W脈衝光纖（xiān）激光器。但在中高功率的脈衝光纖激光器應用中，熱（rè）透鏡效應是不可避免的。
一、熱透鏡效應
熱（rè）透（tòu）鏡效應（yīng）是指LD（半導體激光器）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（gè）部分密度不同，而（ér）光在（zài）經過不（bú）同密度的分（fèn）界線時發生不同程度的（de）折射，因此就形成了像是光線通過（guò）普通透鏡一樣的折射效果。
1、LD（半（bàn）導體激光器）工作時產生的溫度會使晶體表麵發生熱形變，造成了晶（jīng）體各部分（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（dù）折射，因（yīn）此就形成了像是光線通過普通（tōng）透鏡一樣的折射效果
2、實際（jì）情況有時（shí）與（yǔ）理論（lùn）不符光腰在諧振（zhèn）腔外而且隨著功率的升高光腰處光斑的（de）尺寸逐漸（jiàn）縮小似（sì）乎輸出耦合鏡（jìng）（平麵鏡）變成了一個會聚透鏡這一現象通（tōng）常稱為熱透鏡效應
3、激光束通過熱不均勻介質Nd∶YAG的情況與通過透鏡的情（qíng）況相似（sì）,稱（chēng）為熱透鏡效應.熱透鏡效（xiào）應主要由（yóu）激光棒的溫度（dù）梯度和熱應變光彈（dàn）性導致的折射率不均勻分布引起
4、工作物質由於（yú）熱效應（yīng）,中心膨（péng）脹最厲害,外表麵由冷卻水進行冷卻（què）,幾乎沒有膨脹,與透鏡的情況極為相似（sì）,故稱為熱透鏡效應（yīng）.熱透鏡效（xiào）應是種種熱效應中對光束質量影響（xiǎng）最大的（de）
5、故稱為熱透鏡效應.表征熱（rè）透鏡效應的主要參數有熱透鏡的焦（jiāo）距f和光焦（jiāo）度D(D=1f),光焦度的定義為（wéi）[2]:D=1 f≈-l [a(n0-1)+dndT+εr,] d2Tdr2|r=0,(2)
式(2)中:a=1ldldT為線脹係（xì）數
光學元件受激光束連（lián）續（xù）照射較（jiào）長時（shí）間（jiān）後，由於溫度升高產生熱變形，進而引起透過（guò）型光學元件（jiàn）的折射率（lǜ）和反射（shè）型光學元件的（de）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。
對於脈衝光纖設備，激光從激光器的隔離器（透過（guò）型）輸出後（hòu），主要經過紅光合束鏡片（透過型（xíng））、振鏡（反射型）和f-θ場鏡（透過型）這（zhè）些光學（xué）元（yuán）件。由於透（tòu）過型光學元件的熱透鏡效應更明顯，因此接下來（lái）主要針對激光器、紅光合束鏡片與（yǔ）場鏡做相應分析。
紅光合束鏡（jìng）熱透鏡前後對比
場鏡熱透鏡前後對比
二（èr）、熱透鏡效應的影響
產生（shēng）熱透鏡效應時，光學元（yuán）件受熱膨脹，出現聚焦能力變強，聚焦光（guāng）斑尺寸變小，焦距和焦（jiāo）深變短現象。這些（xiē）現象的產生，最終會造成打（dǎ）標不穩定，影響打標效（xiào）果。通過脈衝光纖激光器（qì）的幾個（gè）典（diǎn）型（xíng）應用分析熱透鏡效應的影響：
1．氧化鋁打黑：
發（fā）生熱透鏡效應時，焦距變（biàn）短，材料（liào）表麵能量密度（dù）降低，氧化鋁打不黑（hēi），嚴重時出現（xiàn）中心和邊緣效果黑度不一致現象。
2．金屬（shǔ）深雕：
金屬深（shēn）雕一般使用焦距（焦深）短的場鏡，當高功率深（shēn）雕時，由於熱（rè）透鏡效應，材料處能量密度迅速下降，造成金屬打雕不深。由於光學元件（jiàn）中心比邊緣膨脹大，出現中心淺（qiǎn），四周深現象（深（shēn）度不一致）。
3．薄片切割：
根據不同的材（cái）料，脈衝光纖（xiān）激光器切割薄片通（tōng）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（hěn）短時間（＜1S）內發生，因此切（qiē）割（gē）時出現起始（shǐ）位置可以切（qiē）穿，其它位置切不穿材（cái）料。
4．金屬薄片焊接：
對於高功率脈（mò）衝光纖激光（guāng）器（qì）焊接金屬薄片（＜0.6mm），通常采用圓形螺旋線填充的方式焊（hàn）接。熱透鏡效應會造成焊點大小不一致（zhì），拉拔力不夠。
三、熱透鏡效應（yīng）的測量
不同材質的光學元件，熱膨脹係數不一樣，因此對（duì）於不同配（pèi）置的激光係統，應用於不同的材料，熱透鏡效應的程度都不一樣。既（jì）然熱透鏡效應不可避免，那麽將熱透鏡（jìng）程度進行量（liàng）化，設定標（biāo）準（zhǔn）就顯得極其重要。焦距的變化反映出熱透鏡的（de）程（chéng）度，下麵通過兩種方（fāng）法去測量焦距的變化：
1．調焦法：
優點：操作簡單（dān），可以大致測量出焦距變化量
缺（quē）點：由於焦深的存在（zài），高度F1與F2存在一定的誤差，因此焦距變化量L不太準確，可以通過多次測試減小誤差；高功（gōng）率下打標，光太強，不易重新找到焦（jiāo）點位置
2．打標效果（guǒ）測量法：
測試方法示意圖
通過如下操作，可以（yǐ）測出各個光學元件熱透（tòu）鏡的程度：
打標效果圖
四、熱透（tòu）鏡效（xiào）應的改善
功率越高或標刻高反材料，光學元（yuán）件受熱膨脹越迅（xùn）速，熱透鏡越明顯。改（gǎi）善熱透鏡，可以在（zài）激光器、場鏡和（hé）紅光合束鏡片三方麵著手：
1．激光器：
準直器的（de）光學透鏡使用石英材（cái）料，減（jiǎn）小熱膨脹（zhàng）係數；定期清潔激光器輸出頭的保護鏡片，避免雜（zá）質汙染。
2．場鏡：
使用中高功率（≥100W）脈衝光纖激光器，建議場鏡選用複合材料或石（shí）英材料；定期檢查和清潔（jié）場鏡的保護鏡片，避免（miǎn）雜質汙染或損傷。
