多年來，“bazooka（火箭筒）”在EWI的許多激光焊接項目中提供了穩(wěn)定的焊接性能，甚至包括那些需要15kW功率的應(yīng)用。其完成的16mm的激光深熔焊接具有良好的焊縫剖面。但是當EWI被要求在10mm厚的航天合金上，進行11道零缺陷的3.6m長焊縫的焊接時，這種聚焦光學組件終于遇到了難題。在解決這一問題的研究過程中，我們進行了一些較短的0.6m長焊縫的焊接，并且觀察到了離焦的發(fā)生。盡管清洗“bazooka火箭筒”光學組件能夠解決這一問題，但是在全長（3.6m）面板上制作出不良焊縫的風險仍然太高。因此該項目需要一個新的聚焦光學解決方案才能繼續(xù)進行。這種解決方案的目標很簡單——消除所有傳輸聚焦光學組件。但有一個很明顯的問題是，這樣不保護精細的激光光纖端。最終采用了現(xiàn)在這種具有專利的解決方案，即用兩個聚焦反射鏡與氣動窗口連接在一起來保護光纖端(圖3)。該結(jié)構(gòu)中的每個反射鏡都是金剛石切削的不對稱非球面形狀，由II-VI公司專門針對EWI的要求而生產(chǎn)。接收較高激光功率密度的第一面反射鏡具有高反射率鍍膜，并產(chǎn)生光纖端面的1：1成像。氣動窗口的中間對準了這個第一幅圖像。在氣動窗口靠近光纖這面的腔內(nèi)引入潔凈的氣體，從而產(chǎn)生高速、共線的氣流來防止任何污染物進入這一區(qū)域。

圖3：氣動窗口聚焦光學組件。

　　在經(jīng)過氣動窗口后，光束向第二面不對稱聚焦鏡擴展，在工作面上產(chǎn)生了第二幅光纖端的放大圖像。第二面反射鏡和工作面之間的長距離（350-500mm）使得有充足的機會來借助氣刀排除污染物，并且在這個未鍍膜的銅反射鏡上的大尺寸光斑對其吸收或表面圖像幾乎不構(gòu)成威脅。該反射聚焦光學組件的光束參數(shù)乘積小于7 mm-mrad（200μm的光纖），熱移位大約為0.1 mm/kW。

圖4：第二代氣動窗口反射聚焦光學組件。

　　這個反射聚焦光學組件（ 名為“beast野獸”）能成功滿足客戶的需求，在10mm厚的對接焊板上完成11道3.6m長的焊縫，并且所有焊縫的質(zhì)量規(guī)格都符合要求。從開始的第一個面板到末尾的最后一個面板，焊縫的形狀沒有變化。并且，在這些13 kW、將近2分鐘時長的焊接過程中不需要進行任何反射鏡清洗。第二面反射鏡會受到一些飛濺（在所有焊接開始時），但這些并不會影響焊接性能。換句話說，這個聚焦光學組件能滿足其所有設(shè)計和性能目標，客戶也能得到所要求的面板。

　　不過， 盡管獲得了成功， 但是“beast野獸”仍有一些揮之不去的問題。首先是其外形和聚焦方向不太合適。其次，安裝第二面反射鏡所需的對準精度在工業(yè)上還不能接受。最后，對于預期中會進一步升高的激光功率水平來說，水冷反射鏡安裝方案還不能滿足未來的需求。因此，我們就這個擁有專利的解決方案推出了改進的版本。(很明顯，改進的版本不會被稱為“son-of-beast”。)