Óptica láser de CO2 a la vanguardia: empujando los límites con lentes láser de CO2 y espejos láser de CO2

Autor: Bryan Ng – Gerente de marketing

Los láseres de dióxido de carbono (CO₂ ₎ se han convertido en una tecnología fundamental en numerosas industrias, como el procesamiento láser , la medicina y la investigación. Estos láseres emiten un haz de luz infrarroja con una longitud de onda de 9.6 o 10.6 µm, lo que les permite interactuar con una amplia gama de materiales. Sin embargo, el uso eficaz de los láseres de CO₂ _depende en gran medida de la alta calidad de _su óptica.

1. La importancia del CO₂ Óptica láser en CO₂ Sistemas láser

_{La óptica de los láseres de} CO₂ desempeña un papel fundamental en la transmisión, el control y el enfoque del haz, influyendo en última instancia en la precisión, la eficiencia y el rendimiento general del láser. Los componentes ópticos específicos utilizados en un sistema láser de CO₂ _dependerán de la aplicación. Por ejemplo, un sistema de corte láser suele utilizar una lente esférica para enfocar el haz sobre la pieza de trabajo, mientras que un sistema de grabado puede utilizar un expansor de haz para ampliarlo.

Los materiales ópticos más comunes utilizados en la óptica de los láseres de CO₂ son el seleniuro de zinc (ZnSe) y el germanio (Ge). Estos materiales son transparentes a la luz infrarroja y poseen una alta conductividad térmica, lo que ayuda a disipar el calor generado por el haz láser. Los componentes ópticos específicos utilizados en un láser de CO₂ _{dependerán de} la aplicación.

La calidad de los componentes ópticos utilizados en un sistema láser de CO₂ _influye significativamente en el rendimiento del láser. Unos componentes ópticos de alta calidad garantizan una transmisión y un enfoque precisos del haz láser, lo que se traduce en mejores resultados de corte, soldadura y grabado.

2. Componentes del CO₂ Óptica láser

_{La óptica de los láseres de} CO₂ abarca una amplia gama de componentes que facilitan la manipulación y el control del haz láser. Los componentes principales incluyen _espejos , lentes , ventanas , divisores de haz y atenuadores , cada uno de los cuales desempeña un papel crucial en la optimización de las características del láser.

2.1 CO₂ Espejos láser

_{Los espejos láser de} CO₂ son fundamentales para la transmisión y el control del haz en un sistema láser de CO₂ _. Son responsables de reflejar el haz láser y mantener su alineación. Los espejos reflectantes para láseres de CO₂ _deben tener bajas pérdidas por reflexión, alta calidad óptica y buena resistencia a intensidades ópticas extremas.

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Paralelismo: ≤3 arco min
Apertura clara: > 90%
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ”de diámetro a 632.8 nm
Calidad de la superficie: 40-20 SD
Ángulo de incidencia: 45°

Tabla 1: Wavelength Opto-Electronic CO₂ Espejos láser

_{La óptica de la cavidad láser de} CO₂ consta de un espejo trasero y un espejo frontal (también llamado acoplador de salida o reflector parcial). Los espejos traseros, generalmente de ZnSe, con una reflectividad muy alta (>99.7 %) son componentes ópticos clave en los resonadores láser. Los acopladores de salida son espejos parcialmente reflectantes que extraen una porción del haz láser del resonador. A menudo requieren una ligera cuña para evitar la interferencia de múltiples reflexiones dentro del componente. Los espejos láser de CO₂ de alta calidad _minimizan las pérdidas y garantizan una entrega eficiente del haz.

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Centrado: <3 min de arco
Apertura clara: > 90%
Calidad de la superficie: 40-20 SD
Ángulo de incidencia: 0°
LIDT: 5.1 MW / cm² a 10.6 µm

Tabla 2: Wavelength Opto-Electronic Óptica de cavidad

2.2 CO₂ Lentes láser

_{Las lentes láser de} CO₂ se emplean para dar forma y enfocar el haz láser. Suelen estar fabricadas con material ZnSe y pueden ser convexas o cóncavas, donde su distancia focal determina el punto de enfoque del haz. Las lentes plano-convexas tienen una distancia focal positiva y se utilizan para enfocar un haz colimado a un punto pequeño. Las lentes plano-cóncavas tienen una distancia focal negativa y se utilizan para haces colimados divergentes. Las superficies curvas de estas lentes deben estar orientadas hacia la fuente para minimizar la aberración esférica.

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Tolerancia de longitud focal: ± 2%
Variación del grosor del borde (ETV): ≤3 arco min.
Apertura clara: > 90%
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 40-20 S-DAR
Para el apanado: R <0.2% por superficie a 10.6 μm

Las lentes convexas-cóncavas de menisco positivo son lentes convergentes, gruesas en el centro y delgadas en los bordes, que producen imágenes reales. El radio de curvatura del lado cóncavo es mayor que el del lado convexo. El lado convexo debe estar orientado hacia la fuente para minimizar la aberración esférica. Su diseño busca minimizar la aberración esférica y producir un tamaño de punto focal mínimo para la luz colimada incidente. Las lentes láser de CO₂ _son esenciales para aplicaciones como el corte, el grabado y la soldadura, donde el control preciso de la forma e intensidad del haz es crucial.

Tabla 3: Wavelength Opto-Electronic Lentes esféricas de ZnSe

2.2.1 Lentes asféricas de ZnSe

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Tolerancia de longitud focal: ± 2%
Variación del grosor del borde (ETV): ≤ 3 min de arco
Apertura clara: > 90%
Precisión asférica: ≤1µm PV
Calidad de la superficie: 40 / 20 60 / 40
Recubrimiento AR: R <0.2% por superficie @ 1030-1090nm
Material: Sílice fundida, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, calcogenuros
Para el apanado: Opciones disponibles

_{Las lentes láser de} CO₂ también se presentan en otras formas, como asféricas, esféricas, cilíndricas y axicónicas. En comparación con las lentes esféricas de ZnSe convencionales, la principal ventaja de las lentes asféricas de ZnSe radica en su capacidad para corregir la aberración esférica. Las lentes asféricas permiten al diseñador corregir la aberración con menos lentes ópticas que las esféricas, lo que reduce el coste y el tamaño del sistema óptico.

Tabla 4: Wavelength Opto-Electronic Lentes asféricas de ZnSe

2.2.2 Lentes cilíndricas de ZnSe

Tolerancia de dimensión: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Tolerancia de longitud focal: ± 2%
Variación del grosor del borde (ETV): ≤3 arco min.
Apertura clara: > 90%
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 60-40 S-DAR
Para el apanado: R <0.2% por superficie a 10.6 μm

Las lentes cilíndricas de ZnSe se utilizan para enfocar un haz incidente en una sola línea focal en lugar de en un solo punto focal, y están disponibles con distancias focales tanto positivas como negativas. Son objetos redondos o rectangulares con superficies cilíndricas, ya sean plano-cóncavas o plano-convexas. Se diferencian de las lentes esféricas en que enfocan un haz en una línea focal en lugar de en un punto focal.

Tabla 5: Wavelength Opto-Electronic Lentes cilíndricas ZnSe

2.2.3 Lentes ZnSe Axicon

Las lentes de enfoque axicón de ZnSe tienen una superficie cónica y se utilizan para producir un haz de enfoque anular. Generalmente, las lentes de enfoque axicón tienen una segunda superficie plana y se utilizan en combinación con una lente esférica. Se fabrican mediante un proceso adaptado al ángulo axicón y a la precisión requerida. Para lentes de ángulo pequeño y alta precisión, el proceso de fabricación incluye mecanizado con diamante.

Lente Axicon estándar: ángulo del cono Axicon igual a 180 ° -2α

(+/- 0.01 grados): α (°)
Ángulo del cono 140 °: 20°
Ángulo del cono 160 °: 10°
Ángulo del cono 165 °: 7.5°
Ángulo del cono 170 °: 5°
Ángulo del cono 175 °: 2.5°
Ángulo del cono 179.5 °: 0.25 ° = 15 ′

Tabla 6: Wavelength Opto-Electronic Lentes ZnSe Axicon

2.2.4 Lentes láser médicos

También existe otra gama de lentes láser de CO₂ _utilizadas en diversos sistemas láser médicos, como los de CO₂ _, ND:YAG con conmutación Q, ER:YAG, Ruby y Alex. Estas ópticas se han utilizado como repuestos en la mayoría de los sistemas médicos más conocidos, como Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela y Coherent.

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Tolerancia de longitud focal: ± 2%
Variación del grosor del borde (ETV): <= 3 arco min.
Apertura clara: > 90%
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ de diámetro a 632.8 nm
Calidad de la superficie: 40-20 S-DAR
Para el apanado: R <0.2% por superficie

Tabla 7: Wavelength Opto-Electronic Lentes láser médicas ZnSe para Er:YAG

2.3 CO₂ Ventanas láser

_{Las ventanas para láseres de} CO₂ suelen ser placas planas y transparentes fabricadas con materiales de excelentes propiedades ópticas, que actúan como barrera protectora entre el sistema láser y el entorno externo. Están diseñadas para transmitir la luz con mínima distorsión, dispersión o absorción. Generalmente, las ventanas para láseres de CO₂ _se fabrican con materiales de baja absorción a la longitud de onda del láser de CO₂ _, como ZnSe o Ge.

Tolerancia de dimensión: + 0 / -0.13 mm
Tolerancia de espesor: ±0.25 mm
Paralelismo: ≤3 arco min.
Apertura clara: > 90%
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 60-40 S-DAR
Para el apanado: R <0.2% por superficie a 10.6 μm
Ángulo de incidencia: Ángulo de Brewster a 10.6 μm

_{Las ventanas láser de ZnSe se utilizan comúnmente en sistemas láser de CO₂} de alta potencia . Están disponibles con o sin recubrimiento y en una amplia variedad de formas y tamaños. Las ventanas láser de Ge aíslan diferentes entornos físicos, permitiendo el paso de la luz.

Tabla 8: Wavelength Opto-Electronic Ventanas láser ZnSe

2.3.1 Polarizadores de película fina de ZnSe

Los polarizadores de película delgada se utilizan para dividir un rayo láser en dos partes con polarizaciones S y P. Mientras tanto, también se pueden utilizar para combinar dos haces con polarizaciones S y P. Consisten en una placa revestida, que está orientada en el ángulo de Brewster con respecto al rayo entrante. El recubrimiento de película delgada es capaz de mejorar la reflectividad del componente polarizado s del haz y mantener una alta transmisión del componente polarizado p.

Material: ZnSe
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 40-20 SD
Para el apanado: Tp=97%+/-0.5%@10.6um | Rs =97%+/-0.5%@10.6μm
Ángulo de incidencia: 67.3˚ (ángulo de Brewster a 10.6 μm)

Tabla 9: Wavelength Opto-Electronic Polarizadores de película delgada ZnSe

2.4 CO₂ Espejos dicroicos

_{Los espejos dicroicos de} CO2 , que normalmente constan de combinadores y divisores de haz, son filtros de ZnSe que transmiten selectivamente un determinado rango de longitud de onda de la luz mientras reflejan otra longitud de onda en función de las propiedades de sus capas de recubrimiento.

2.4.1 Combinadores de haz de ZnSe

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Espesor:  ±0.25 mm
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 ″ Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 40-20 SD
AIO: 45°

Los combinadores de haz de ZnSe fusionan dos o más haces en uno solo y se utilizan para la alineación de sistemas láser de CO₂ _. Generalmente transmiten un haz de longitud de onda larga y reflejan uno de longitud de onda corta, mientras que los combinadores de haz inversos transmiten un haz de longitud de onda corta y reflejan uno de longitud de onda larga. Los combinadores de haz de CO₂ _están diseñados con un ángulo de incidencia de 45° y transmiten un haz láser, combinándolo con el haz de alineación visible reflejado a 90°.

Tabla 10: Wavelength Opto-Electronic Combinadores de haz ZnSe

2.4.2 Divisores de haz ZnSe

Tolerancia de diámetro: + 0 / -0.13 mm
Espesor:  ±0.25 mm
Planitud de la superficie: λ / 4 por 1 '' Dia@632.8nm
Calidad de la superficie: 60-40 SD

A diferencia de los combinadores de haz, los divisores de haz de ZnSe se utilizan para dividir el haz láser en múltiples trayectorias, lo que permite su procesamiento o monitorización simultáneos. También pueden redirigir una parte del haz para fines de alineación o calibración. Los divisores de haz de ZnSe suelen estar recubiertos para lograr una reflectancia o transmitancia específica en la longitud de onda del láser _{de CO₂}.

La transmisión y la reflexión de la luz dependen de varios parámetros, como el ángulo de incidencia, el estado de polarización y la longitud de onda del haz de entrada. Existe una diferencia sustancial en los valores de transmitancia y reflectancia de la polarización syp en un ángulo de incidencia de 45°, por lo que los divisores de haz de ZnSe diseñados son para este ángulo.

Tabla 11: Wavelength Opto-Electronic Divisores de haz ZnSe

2.5 Atenuadores láser

Los atenuadores de láser se emplean para controlar la potencia del láser reduciendo su intensidad. Son útiles cuando se ajusta con precisión la energía entregada a la pieza de trabajo, especialmente en aplicaciones donde una potencia excesiva puede causar efectos no deseados. Los atenuadores láser utilizan filtros o mecanismos variables para lograr el ajuste de potencia deseado.

Longitud de onda: 355/532 / 1064nm
Tipo: Modo de accionamiento
Apertura clara: 14 mm
Cambio de haz: 0.5 mm
Relación de extinción: > 200: 1
Rango de atenuación: 0.5% -95%
Umbral de daño: > 5J / cm²@1064nm, 20ns, 20Hz
Peso: 

Artículo .: ATTN-10600-WC-V1
Longitud de onda: 10.6μm
Apertura clara: Hasta 19 mm (personalizable)
Rango de transmisión: 10 - 90%
Umbral de daño: 1MW/cm^²
Resolución: 5%

Tabla 12: Wavelength Opto-Electronic Atenuadores láser

3.CO₂ Aplicaciones de la óptica láser

La importancia de la óptica láser de CO2 radica en su capacidad para optimizar la calidad del haz, controlar sus parámetros y mejorar el rendimiento general del sistema. Una óptica de alta calidad garantiza pérdidas mínimas, una divergencia reducida del haz y una mayor capacidad de enfoque, lo que se traduce en una mayor eficiencia del proceso, una reducción del tiempo de inactividad y una mayor calidad de salida. La óptica láser de CO2 _se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones gracias a su capacidad para generar haces láser de alta potencia con excelente precisión. Algunas aplicaciones destacadas incluyen:

3.1 Procesamiento de materiales

_{Los láseres de} CO₂ se utilizan ampliamente para cortar, grabar, marcar y soldar diversos materiales, como metales, plásticos, madera y cerámica. Su óptica de alta calidad garantiza un enfoque preciso, un control óptimo de la forma del haz y una mayor eficiencia del proceso.

3.2 Médico

_{Los láseres de} CO₂ se utilizan en procedimientos quirúrgicos, dermatología y oftalmología debido a su precisa capacidad de ablación tisular. La óptica permite a los cirujanos administrar energía láser altamente controlada para procedimientos como el rejuvenecimiento cutáneo, la extirpación de tumores y la cirugía ocular.

3.3 Investigación científica

_{Los láseres de} CO₂ son herramientas indispensables en la investigación científica, especialmente en campos como la espectroscopia, la monitorización atmosférica y la aceleración de partículas. Su sistema óptico permite un control, alineación y manipulación precisos del haz, facilitando así la adquisición y el análisis exactos de datos.

4. Conclusión

La óptica láser _de CO₂ es fundamental para aprovechar al máximo el potencial de los sistemas láser de CO₂ _en diversas industrias. Mediante la cuidadosa selección e implementación de espejos, lentes, ventanas, divisores de haz y atenuadores, esta óptica permite un control, manipulación y emisión precisos de haces láser de alta potencia. Con el avance de la tecnología, se esperan nuevos avances en la óptica láser de CO₂ _, lo que abrirá nuevas posibilidades para una mayor precisión, eficiencia e innovación en diversas aplicaciones.

En general, CO₂ la óptica láser es un componente crítico del CO₂ láseres Desempeñan un papel vital en la transmisión y el enfoque del rayo láser, lo que en última instancia determina el rendimiento del láser. Con el cuidado y mantenimiento adecuados, CO₂ la óptica láser puede proporcionar años de servicio confiable. Wavelength Opto-Electronic diseñar y fabricar varios CO₂ óptica láser como CO₂ lentes láser y CO₂ espejos láser para su CO₂ sistemas láser.