Ottica laser CO2 all'avanguardia: spingersi oltre i limiti con le lenti laser CO2 e gli specchi laser CO2

Autore: Bryan Ng – Responsabile marketing

I laser ad anidride carbonica (CO₂ ₎ sono diventati una tecnologia fondamentale in numerosi settori, tra cui la lavorazione laser , la medicina e la ricerca. Questi laser emettono un fascio di luce infrarossa con una lunghezza d'onda di 9.6 o 10.6 µm, che consente loro di interagire con un'ampia gamma di materiali. Tuttavia, l'utilizzo efficace dei laser a CO₂ _dipende fortemente da ottiche laser _di alta qualità.

1. L'importanza della CO₂ Ottica laser in CO₂ Laser Systems

_{Le ottiche dei laser a} CO₂ svolgono un ruolo fondamentale nella trasmissione, nel controllo e nella focalizzazione del fascio, influenzando in ultima analisi la precisione, l'efficienza e le prestazioni complessive del laser. I componenti ottici specifici utilizzati in un sistema laser a CO₂ _dipendono dall'applicazione. Ad esempio, un sistema di taglio laser utilizzerà in genere una lente sferica per focalizzare il fascio sul pezzo in lavorazione, mentre un sistema di incisione potrebbe utilizzare un espansore di fascio per allargare il fascio.

I materiali ottici più comuni utilizzati nell'ottica dei laser a CO₂ _sono il seleniuro di zinco (ZnSe) e il germanio (Ge). Questi materiali sono trasparenti alla luce infrarossa e presentano un'elevata conduttività termica, che contribuisce a dissipare il calore generato dal raggio laser. I componenti ottici specifici utilizzati in un laser a CO₂ _dipendono dall'applicazione.

La qualità dei componenti ottici utilizzati in un sistema laser a CO2 _ha un impatto significativo sulle prestazioni del laser. Componenti ottici di alta qualità garantiscono che il raggio laser venga trasmesso e focalizzato con precisione, ottenendo così risultati migliori in fase di taglio, saldatura e incisione.

2. Componenti della CO₂ Ottica laser

_{L'ottica dei laser a} CO₂ comprende una vasta gamma di componenti che facilitano la manipolazione e il controllo del raggio laser. I componenti principali includono specchi , lenti , finestre , divisori di fascio e attenuatori per laser _{a CO₂} , ognuno dei quali svolge un ruolo cruciale nell'ottimizzazione delle caratteristiche del laser.

2.1 CO₂ Specchi laser

_{Gli specchi per laser a} CO₂ sono elementi essenziali per la trasmissione e il controllo del fascio in un sistema laser a CO₂ _. Sono responsabili della riflessione del fascio laser e del mantenimento del suo allineamento. Gli specchi riflettenti per laser _a CO₂ devono presentare basse perdite per riflessione, elevata qualità ottica e buona resistenza a intensità ottiche estreme.

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Parallelismo: 3 arco min
Cancella apertura: > 90%
Planarità superficiale: /4 per 1” Dia @ 632.8 nm
Qualità della superficie: 40-20 SD
Angolo di incidenza: 45°

Tabella 1: Wavelength Opto-Electronic CO₂ Specchi laser

_{L'ottica della cavità di un laser a} CO₂ è costituita da uno specchio posteriore e da uno specchio anteriore (chiamato anche accoppiatore di uscita o riflettore parziale). Gli specchi posteriori, tipicamente in ZnSe, con un'altissima riflettività (>99.7%), sono componenti ottici chiave nei risonatori laser. Gli accoppiatori di uscita sono specchi parzialmente riflettenti utilizzati per estrarre una porzione del fascio laser dal risonatore. Spesso richiedono una leggera curvatura per prevenire interferenze dovute a riflessioni multiple all'interno del componente. Gli specchi per laser _a CO₂ di alta qualità minimizzano le perdite e garantiscono un'efficiente trasmissione del fascio.

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Centrazione: <3 arco min
Cancella apertura: > 90%
Qualità della superficie: 40-20 SD
Angolo di incidenza: 0°
COPERCHIO: 5.1 MW/cm² a 10.6 µm

Tabella 2: Wavelength Opto-Electronic Ottica a cavità

2.2 CO₂ Lenti laser

_{Le lenti per laser a} CO₂ vengono utilizzate per modellare e focalizzare il fascio laser. Sono tipicamente realizzate in materiale ZnSe e possono essere convesse o concave, dove la loro lunghezza focale determina il punto focale del fascio. Le lenti piano-convesse hanno una lunghezza focale positiva e vengono utilizzate per focalizzare un fascio collimato in un punto di piccole dimensioni. Le lenti piano-concave hanno una lunghezza focale negativa e vengono utilizzate per divergere fasci collimati. Le superfici curve di queste lenti devono essere rivolte verso la sorgente per minimizzare l'aberrazione sferica.

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Tolleranza sulla lunghezza focale: ± 2%
Variazione dello spessore del bordo (ETV): ≤3 arco min.
Cancella apertura: > 90%
Planarità superficiale: λ/4 per 1″ Dia@632.8 nm
Qualità della superficie: 40-20 S-DAR
Rivestimento: R<0.2% per superficie @10.6μm

Le lenti convesse-concave a menisco positivo sono lenti convergenti, più spesse al centro e più sottili ai bordi, che producono immagini reali. Il raggio di curvatura del lato concavo è maggiore di quello del lato convesso della lente. Il lato convesso della lente deve essere rivolto verso la sorgente per minimizzare l'aberrazione sferica. È progettata per ridurre al minimo l'aberrazione sferica e produrre una dimensione minima del punto focale per la luce collimata in ingresso. Le lenti per laser _a CO2 sono essenziali per applicazioni come il taglio, l'incisione e la saldatura, dove il controllo preciso della forma e dell'intensità del fascio è fondamentale.

Tabella 3: Wavelength Opto-Electronic Lenti sferiche ZnSe

2.2.1 Lenti asferiche ZnSe

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Tolleranza sulla lunghezza focale: ± 2%
Variazione dello spessore del bordo (ETV): 3 arco min
Cancella apertura: > 90%
Precisione asferica: 1µm PV
Qualità della superficie: 40 / 20 60 / 40
Rivestimento AR: R<0.2% per superficie a 1030-1090 nm
Materiale: Silice fusa, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, Calcogenuri
Rivestimento: Opzioni disponibili

_{Le lenti laser a} CO2 sono disponibili anche in altre forme, come asferiche, sferiche, cilindriche e axicon. Rispetto alle tradizionali lenti sferiche in ZnSe, il vantaggio più significativo delle lenti asferiche in ZnSe è la capacità di correggere l'aberrazione sferica. Le lenti asferiche consentono al progettista di correggere l'aberrazione con un numero inferiore di lenti ottiche rispetto alle lenti sferiche, con conseguente riduzione dei costi e delle dimensioni del sistema ottico.

Tabella 4: Wavelength Opto-Electronic Lenti asferiche ZnSe

2.2.2 Lenti cilindriche ZnSe

Tolleranza dimensionale: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Tolleranza sulla lunghezza focale: ± 2%
Variazione dello spessore del bordo (ETV): ≤3 arco min.
Cancella apertura: > 90%
Planarità superficiale: /4 per 1″ Dia@632.8nm
Qualità della superficie: 60-40 S-DAR
Rivestimento: R<0.2% per superficie @10.6μm

Le lenti cilindriche in ZnSe vengono utilizzate per focalizzare un fascio incidente su un'unica linea focale anziché su un singolo punto focale; sono disponibili con lunghezze focali sia positive che negative. Si presentano come oggetti rotondi o rettangolari con superfici di forma cilindrica, sia piano-concave che piano-convesse. Si differenziano dalle lenti sferiche in quanto focalizzano un fascio su una linea focale anziché su un singolo punto focale.

Tabella 5: Wavelength Opto-Electronic Lenti cilindriche ZnSe

2.2.3 Lenti ZnSe Axicon

Le lenti axicon in ZnSe hanno una superficie conica e vengono utilizzate per produrre un fascio focalizzato ad anello. Tipicamente, le lenti axicon presentano una seconda superficie piana e vengono utilizzate in combinazione con una lente sferica. Sono realizzate con un processo di produzione adatto all'angolo dell'axicon e alla precisione richiesta. Per le lenti ad angolo ridotto e alta precisione, il processo di produzione prevede la lavorazione con diamante.

Obiettivo Axicon standard – Angolo del cono Axicon uguale a 180°-2α

(+/-0.01 gradi): a (°)
Angolo cono 140°: 20°
Angolo cono 160°: 10°
Angolo cono 165°: 7.5°
Angolo cono 170°: 5°
Angolo cono 175°: 2.5°
Angolo cono 179.5°: 0.25°= 15'

Tabella 6: Wavelength Opto-Electronic Lenti ZnSe Axicon

2.2.4 Lenti per laser medicali

Esiste anche un'altra gamma di lenti laser a CO₂ _utilizzate in diversi sistemi laser medicali, come i sistemi laser a CO₂ _, ND:YAG Q-switched, ER:YAG, Ruby e Alex. Queste ottiche sono state utilizzate come ricambi nella maggior parte dei sistemi medicali più noti, come Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela e Coherent.

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Tolleranza sulla lunghezza focale: ± 2%
Variazione dello spessore del bordo (ETV): <=3 arco min.
Cancella apertura: > 90%
Planarità superficiale: λ/4 per 1″ Dia @632.8nm
Qualità della superficie: 40-20 S-DAR
Rivestimento: R<0.2% per superficie

Tabella 7: Wavelength Opto-Electronic Lenti laser medicali ZnSe per Er:YAG

2.3 CO₂ Finestre laser

_{Le finestre per laser a} CO₂ sono in genere lastre piatte e trasparenti realizzate con materiali dalle eccellenti proprietà ottiche, che fungono da barriera protettiva tra il sistema laser e l'ambiente esterno. Sono progettate per trasmettere la luce con distorsione, dispersione o assorbimento minimi. Le finestre per laser a CO₂ _sono generalmente realizzate con materiali a basso assorbimento alla lunghezza d'onda del laser a CO₂ _, come ZnSe o Ge.

Tolleranza dimensionale: + 0 / -0.13mm
Tolleranza di spessore: ± 0.25mm
Parallelismo: ≤3 arco min.
Cancella apertura: > 90%
Planarità superficiale: /4 per 1″ Dia@632.8nm
Qualità della superficie: 60-40 S-DAR
Rivestimento: R<0.2% per superficie @10.6μm
Angolo di incidenza: Angolo Brewster a 10.6μm

_{Le finestre laser in ZnSe sono comunemente utilizzate nei sistemi laser a CO2} ad alta potenza . Sono disponibili sia rivestite che non rivestite e in un'ampia varietà di forme e dimensioni. Le finestre laser in Ge isolano diversi ambienti fisici consentendo al contempo il passaggio della luce.

Tabella 8: Wavelength Opto-Electronic Finestre laser ZnSe

2.3.1 Polarizzatori a film sottile ZnSe

I polarizzatori a film sottile vengono utilizzati per dividere un raggio laser in due parti con polarizzazioni S e P. Nel frattempo, possono anche essere utilizzati per combinare due fasci con polarizzazioni S e P. Sono costituiti da una piastra rivestita, orientata secondo l'angolo di Brewster rispetto al raggio entrante. Il rivestimento a film sottile è in grado di migliorare la riflettività della componente polarizzata s del fascio e mantenere un'elevata trasmissione della componente polarizzata p.

Materiale: ZnSe
Planarità superficiale: /4 per 1″ Dia@632.8nm
Qualità della superficie: 40-20 SD
Rivestimento: Tp =97%+/-0.5%@10.6um | Rs =97%+/-0.5%@10.6μm
Angolo di incidenza: 67.3˚ (angolo del brewster@10.6μm)

Tabella 9: Wavelength Opto-Electronic Polarizzatori a film sottile ZnSe

2.4 CO₂ Specchi dicroici

_{Gli specchi dicroici a} CO₂ , tipicamente costituiti da combinatori e divisori di fascio, sono filtri in ZnSe che trasmettono selettivamente una determinata gamma di lunghezze d'onda della luce, riflettendone un'altra in base alle proprietà dei loro strati di rivestimento.

2.4.1 Combinatori di fasci ZnSe

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Spessore: ± 0.25mm
Planarità superficiale: /4 per 1″ Dia@632.8nm
Qualità della superficie: 40-20 SD
AOI: 45°

I combinatori di fascio ZnSe uniscono due o più fasci in uno solo e vengono utilizzati per l'allineamento dei sistemi laser a CO₂ _. Solitamente trasmettono un fascio a lunghezza d'onda lunga e riflettono un fascio a lunghezza d'onda corta, mentre i combinatori di fascio inversi trasmettono un fascio a lunghezza d'onda corta e riflettono un fascio a lunghezza d'onda lunga. I combinatori di fascio a CO₂ _sono progettati con un angolo di incidenza di 45° e trasmettono un fascio laser, combinandolo con il fascio di allineamento visibile riflesso a 90°.

Tabella 10: Wavelength Opto-Electronic Combinatori di fasci ZnSe

2.4.2 Divisori di fascio ZnSe

Tolleranza del diametro: + 0 / -0.13mm
Spessore: ± 0.25mm
Planarità superficiale: /4 per 1'' Dia@632.8nm
Qualità della superficie: 60-40 SD

A differenza dei combinatori di fascio, i divisori di fascio in ZnSe vengono utilizzati per suddividere il fascio laser in più percorsi, consentendo l'elaborazione o il monitoraggio simultanei. Possono anche reindirizzare una porzione del fascio per scopi di allineamento o calibrazione. I divisori di fascio in ZnSe sono spesso rivestiti per ottenere uno specifico rapporto di riflettanza o trasmissione alla lunghezza d'onda del laser _{a CO₂}.

La trasmissione e la riflessione della luce dipendono da vari parametri come l'angolo di incidenza, lo stato di polarizzazione e la lunghezza d'onda del raggio di ingresso. C'è una sostanziale differenza nei valori di trasmittanza e riflettanza della polarizzazione s e p ad un angolo di incidenza di 45°, quindi i divisori di fascio ZnSe progettati sono per questo angolo.

Tabella 11: Wavelength Opto-Electronic ZnSe Beam Splitter

2.5 Attenuatori laser

Gli attenuatori laser sono impiegati per controllare la potenza del laser riducendone l'intensità. Sono utili per la messa a punto dell'energia erogata al pezzo, specialmente nelle applicazioni in cui una potenza eccessiva può causare effetti indesiderati. Gli attenuatori laser utilizzano filtri o meccanismi variabili per ottenere la regolazione della potenza desiderata.

Lunghezza d'onda: 355/532/1064 nm
Tipo: Modalità di trasmissione
Cancella apertura: 14mm
Spostamento del raggio: 0.5mm
Rapporto di estinzione: > 200: 1
Gamma di attenuazione: 0.5%-95%
Soglia del danno: >5J/cm²@1064nm, 20ns, 20Hz
Peso: 

Oggetto Numero .: ATTN-10600-WC-V1
Lunghezza d'onda: 10.6μm
Cancella apertura: Fino a 19 mm (personalizzabile)
Gamma di trasmissione: 10 - 90%
Soglia del danno: 1MW/cm^²
Risoluzione: 5%

Tabella 12: Wavelength Opto-Electronic Attenuatori laser

3.CO₂ Applicazioni di ottica laser

L'importanza delle ottiche per laser a CO2 risiede nella loro capacità di ottimizzare la qualità del fascio, controllarne i parametri e migliorare le prestazioni complessive del sistema. Le ottiche di alta qualità garantiscono perdite minime, una minore divergenza del fascio e una migliore focalizzabilità, con conseguente aumento dell'efficienza del processo, riduzione dei tempi di inattività e miglioramento della qualità del prodotto finale. Le ottiche per laser _a CO2 trovano ampio impiego in una vasta gamma di applicazioni grazie alla loro capacità di erogare fasci laser ad alta potenza con eccellente precisione. Alcune applicazioni degne di nota includono:

3.1 Lavorazione del materiale

_{I laser a} CO2 sono ampiamente utilizzati per il taglio, l'incisione, la marcatura e la saldatura di diversi materiali, tra cui metalli, plastica, legno e ceramica. Le ottiche di alta qualità garantiscono una messa a fuoco precisa, il controllo della forma del fascio e una maggiore efficienza del processo.

3.2 Medico

_{I laser a} CO2 sono utilizzati in chirurgia, dermatologia e oftalmologia grazie alla loro precisa capacità di ablazione dei tessuti. Le ottiche consentono ai chirurghi di erogare energia laser altamente controllata per procedure come il ringiovanimento cutaneo, la rimozione di tumori e la chirurgia oculare.

3.3 Ricerca scientifica

_{I laser a} CO₂ sono strumenti indispensabili nella ricerca scientifica, in particolare in campi come la spettroscopia, il monitoraggio atmosferico e l'accelerazione di particelle. L'ottica consente un controllo, un allineamento e una manipolazione precisi del fascio, facilitando l'acquisizione e l'analisi accurata dei dati.

4. CONCLUSIONE

Le ottiche per laser _a CO₂ sono componenti essenziali per sfruttare appieno il potenziale dei sistemi laser a CO₂ _in diversi settori industriali. Grazie a un'attenta selezione e implementazione di specchi, lenti, finestre, divisori di fascio e attenuatori, queste ottiche consentono un controllo, una manipolazione e un'erogazione precisi di fasci laser ad alta potenza. Con l'avanzare della tecnologia, si prevedono ulteriori progressi nell'ottica per laser a CO₂ _, che apriranno nuove possibilità per una maggiore precisione, efficienza e innovazione in diverse applicazioni.

Nel complesso, CO₂ l'ottica laser è una componente critica della CO₂ laser. Svolgono un ruolo fondamentale nella trasmissione e nella messa a fuoco del raggio laser, che alla fine determinano le prestazioni del laser. Con la cura e la manutenzione adeguate, CO₂ l'ottica laser può fornire anni di servizio affidabile. Wavelength Opto-Electronic progettare e produrre vari CO₂ ottica laser come CO₂ lenti laser e CO₂ specchi laser per il tuo CO₂ sistemi laser.