没有光学系统，激光打标机是无法正常工作的。针对激光打标机工作方式的不同，光学系统也是各式各样的，当他们都包括扩束镜（使激光器发出的激光束直径变大并缩小激光束的发散角）、光学聚焦透镜（使作用在工件表面的激光光斑直径尽可能变小）和反射镜（用以改变激光束的方向）。

一个70W的连续激光器所发出的光能与一个70W的普通灯泡所发出的光能是差不多的。普通灯泡是被设计为用来照明的，它发出的光线是向四面八方照射的，与灯泡不同的是激光器发出的光线集中在一个很小的范围。所以激光的能量密度（单位面积上的能量）远远大于灯泡的能量密度，实际的打标效果决定于工件表面所承受的能量密度，而不是激光的功率。为了能够很好地进行激光打标，必须进一步提高激光的能量密度。这有两个方法：一个是提高激光器的激光输出功率，一般地说这是困难或得不偿失的；还有一个方法是将激光器发出的激光束进一步变细，这需要一套光学系统。

使激光束变细是很简单的，只需有一个聚焦透镜将激光束聚焦到一个很小的点。激光器发出的激光并不是理想的平行光，它有一个很小的发散角，这一很小的发散角会影响到聚焦透镜的聚焦效果。所以在聚焦透镜之前要有一个扩束镜用以压低光束的发散角。扩束镜除了可以压低光束的发散角外，还可以扩大激光输出光束的直径。我们知道，聚焦后光斑的大小取决于入射光束直径和聚焦透镜的焦距：入射光束直径越大，聚焦后光斑直径越小。入射光束直径的增大，还可以降低激光光路中使激光光束改变方向的反射镜上的激光能量密度，保证了反射镜在长时间工作时不被激光束烧坏。

按照聚焦透镜在光路中相对于反射镜所处的位置，可以分为前聚焦和后聚焦两种方式。

下面我们以振镜扫描式激光打标机为例来介绍激光打标机的光学系统。

5.1 前聚焦方式

前聚焦方式是因聚焦透镜比反射镜更靠近激光器（处在反射镜的前面）而得名。聚焦透镜安装在扩束镜和振镜扫描器之间(见图5.1)，它的最大优点是价格较为低廉、且可获得较大的打标范围。

这一方式的主要缺点是：光斑直径较大，这是由于前聚焦方式选用的聚焦透镜的焦距较长，而聚焦光斑的直径与聚焦镜的焦距成正比，这是为了容纳振镜扫描器，聚焦透镜不得不采用较大的焦距，由此导致打标的能量密度降低。另外，前聚焦方式只能选用普通聚焦透镜，这种透镜的焦点位置是镜头后方的一个圆弧面，而多数情况下工件表面是一个平面，当光束由打标区域的中心移至边缘时，焦点将位于工件平面的上面，工件表面上光斑直径和能量密度将动态地发生变化。另外，当反射镜偏转同一角度时，打标位置分别处于视场中央和边缘时，激光光斑的位置变化是不一致的。以上这些不足都将影响最终的打标的效果。

对于采用CO2激光器的激光打标机，由于激光波长较长，聚焦透镜的焦深（当工件平面在镜头焦平面前后移动，肉眼难以辨别打标效果差别的最大范围）较大，为了得到较大的打标工作范围，多采用前聚焦方式。

5.2 后聚焦方式

顾名思义，与前聚焦方式不同的是，后聚焦方式将聚焦透镜安装在振镜扫描器的后面(见图5.2)。这就避免了前聚焦方式的缺点。它采用的聚焦透镜是专门设计的F-θ平场透镜，不管光束如何移动，它的焦点位置始终保持在一个平面上，保证了在打标区域内光斑大小及能量密度的一致，并且当反射

镜偏转单位角度时，对应的焦平面上激光光斑的几何位移是处处一致的。这些都保障了打标的质量的提高。另外，这种方式使更换聚焦透镜变得很简单，可以根据打标范围的大小和具体要求随时更换聚焦透镜。

它的缺点是价格较高，打标范围相对较小（但可以通过更换透镜来增大打标范围）。

由于这种方式可以获得高质量的打标效果，大多数采用Nd: YAG激光器的振镜扫描式激光打标机均采用这种聚焦方式。