최전선의 CO2 레이저 광학: CO2 레이저 렌즈와 CO2 레이저 미러로 경계를 허물다

저자: Bryan Ng – 마케팅 관리자

이산화탄소(CO₂ _{) 레이저는} 레이저 가공 , 의학, 연구 등 수많은 산업 분야에서 핵심 기술로 자리 잡았습니다 . 이 레이저는 9.6 또는 10.6 µm 파장의 적외선 빔을 방출하여 다양한 물질과 상호 작용할 수 있습니다. 그러나 CO₂ 레이저의 성공적인 활용은 _고품질 CO₂ 레이저 광학 장치에 크게 _의존 합니다.

1. CO의 중요성₂ CO의 레이저 광학₂ 레이저 시스템

CO₂ _레이저 광학계는 빔 전달, 제어 및 초점 조절에 중요한 역할을 하며, 궁극적으로 레이저의 정밀도, 효율성 및 전반적인 성능에 영향을 미칩니다. CO₂ 레이저 시스템에 사용되는 특정 광학 부품은 _적용 분야에 따라 달라집니다. 예를 들어, 레이저 절단 시스템은 일반적으로 구형 렌즈를 사용하여 빔을 공작물에 집중시키는 반면, 조각 시스템은 빔 확장기를 사용하여 빔을 넓힐 수 있습니다.

_{이산화탄소} 레이저 광학계 에 가장 일반적으로 사용되는 광학 재료는 셀렌화아연(ZnSe)과 게르마늄(Ge)입니다. 이 재료들은 적외선에 투명하고 열전도율이 높아 레이저 빔에서 발생하는 열을 효과적으로 방출합니다. _{이산화탄소} 레이저에 사용되는 구체적인 광학 부품은 적용 분야에 따라 달라집니다.

_CO₂ 레이저 시스템 에 사용되는 광학 부품의 품질은 레이저 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 고품질 광학 부품은 레이저 빔이 정확하게 전달되고 초점을 맞추도록 보장하여 절단, 용접 및 조각 작업 결과를 향상시킵니다.

2. CO의 성분₂ 레이저 광학

CO₂ _레이저 광학계는 레이저 빔의 조작 및 제어를 가능하게 하는 다양한 구성 요소를 포함합니다. 주요 구성 요소로는 CO₂ 레이저 미러, 렌즈, 윈도우, 빔 분할기 및 감쇠기가 있으며 _, 각각 은 레이저 특성 을 최적화 하는 데 중요한 역할을 합니다.

2.1 년 CO₂ 레이저 미러

CO₂ 레이저 미러는 _CO₂ 레이저 시스템 에서 빔 전달 및 제어에 필수적인 부품입니다 . 레이저 빔을 반사하고 정렬을 유지하는 역할 _을 담당합니다. 반사형 CO₂ _레이저 미러는 낮은 반사 손실, 높은 광학적 품질, 그리고 극한의 광 강도에 대한 우수한 내성을 가져야 합니다.

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
병행: ≤3 아크 분
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4" Dia @ 1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 40-20 SD
입사각: 45 °

표 1 : Wavelength Opto-Electronic CO₂ 레이저 미러

CO₂ _레이저 공진기 광학계는 후면 거울과 전면 거울(출력 결합기 또는 부분 반사기라고도 함)로 구성됩니다. 후면 거울은 일반적으로 ZnSe 재질로 만들어지며, 매우 높은 반사율(>99.7%)을 가져야 하며 레이저 공진기의 핵심 광학 부품입니다. 출력 결합기는 레이저 공진기에서 레이저 빔의 일부를 추출하는 부분 반사 거울입니다. 출력 결합기 내부에서 발생하는 다중 반사로 인한 간섭을 방지하기 위해 약간의 쐐기형 구조가 필요한 경우가 많습니다. 고품질 CO₂ _레이저 거울은 손실을 최소화하고 효율적인 빔 전달을 보장합니다.

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
중심 : 3 분 미만
명확한 조리개 : > 90 %
표면 품질 : 40-20 SD
입사각: 0 °
리드: 5.1MW/cm² @ 10.6µm

표 2 : Wavelength Opto-Electronic 캐비티 광학

2.2 년 CO₂ 레이저 렌즈

CO₂ 레이저 렌즈는 레이저 빔의 모양 _을 만들고 초점을 맞추는 데 사용됩니다. 일반적으로 ZnSe 재질로 만들어지며 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈일 수 있는데, 초점 거리가 빔의 초점을 결정합니다. 평면 볼록 렌즈는 양의 초점 거리를 가지며 평행 빔을 작은 점으로 집속하는 데 사용됩니다. 평면 오목 렌즈는 음의 초점 거리를 가지며 평행 빔을 발산시키는 데 사용됩니다. 구면 수차를 최소화하기 위해 이 렌즈의 곡면은 광원을 향해야 합니다.

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
초점 거리 공차 : ± 2의 %
가장자리 두께 변화(ETV): ≤3분
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4″ Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 40-20 S-다르
코팅: 표면당 R<0.2% @10.6μm

양의 메니스커스 볼록-오목 렌즈는 중심부가 두껍고 가장자리가 얇은 수렴 렌즈로, 실상을 생성합니다. 렌즈의 오목면 곡률 반경은 볼록면 곡률 반경보다 큽니다. 구면 수차를 최소화하기 위해 렌즈의 볼록면이 광원을 향하도록 배치해야 합니다. 이 렌즈는 입사하는 평행광에 대해 구면 수차를 최소화하고 최소 초점 크기를 생성하도록 설계되었습니다. CO₂ _레이저 렌즈는 빔의 모양과 강도를 정밀하게 제어해야 하는 절단, 조각 및 용접과 같은 응용 분야에 필수적입니다.

표 3 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 구면 렌즈

2.2.1 ZnSe 비구면 렌즈

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
초점 거리 공차 : ± 2의 %
가장자리 두께 변화(ETV): ≤ 3분
명확한 조리개 : > 90 %
비구면 정확도: ≤1μm PV
표면 품질 : 40 / 20 60 / 40
AR 코팅 : 표면당 R<0.2% @ 1030-1090nm
자료: 용융 실리카, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, 칼코게나이드
코팅: 사용 가능한 옵션

CO₂ 레이저 렌즈는 비구면, 구면, 원통형, 액시콘형 등 다양한 형태로 제공됩니다. 기존의 ZnSe 구면 렌즈와 비교했을 때, ZnSe 비구면 렌즈 의 가장 큰 장점은 구면 수차 보정이 가능하다는 점입니다. 비구면 렌즈를 _사용 하면 구면 렌즈보다 적은 수의 렌즈로 수차를 보정할 수 있으므로 광학 시스템의 비용을 절감하고 크기를 소형화할 수 있습니다.

표 4 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 비구면 렌즈

2.2.2 ZnSe 원통형 렌즈

치수 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
초점 거리 공차 : ± 2의 %
가장자리 두께 변화(ETV): ≤3분
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4″Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 60-40 S-다르
코팅: 표면당 R<0.2% @10.6μm

ZnSe 원통형 렌즈 는 입사광선을 단일 초점이 아닌 단일 초점선에 집속하는 데 사용되며, 양의 초점 거리와 음의 초점 거리를 모두 가질 수 있습니다. 이 렌즈는 원통형 표면을 가진 원형 또는 직사각형 모양이며, 평면 오목 또는 평면 볼록 형태를 가질 수 있습니다. 구형 렌즈와 달리 ZnSe 원통형 렌즈는 광선을 단일 초점이 아닌 초점선에 집속한다는 점에서 차이가 있습니다.

표 5 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 원통형 렌즈

2.2.3 ZnSe Axicon 렌즈

ZnSe 액시콘 초점 렌즈는 한쪽 면이 원뿔형이며 링 초점 빔을 생성하는 데 사용됩니다. 일반적으로 액시콘 초점 렌즈는 다른 쪽 면이 평면이며 구면 렌즈와 함께 사용됩니다. 이 렌즈는 액시콘 각도와 요구되는 정밀도에 적합한 제조 공정을 통해 만들어집니다. 작은 각도와 높은 정밀도를 요구하는 렌즈의 경우, 다이아몬드 가공 공정이 사용됩니다.

표준 Axicon 렌즈 – 180°-2α와 동일한 Axicon 콘 각도

(+/-0.01도): α(°)
원뿔 각도 140°: 20 °
원뿔 각도 160°: 10 °
원뿔 각도 165°: 7.5 °
원뿔 각도 170°: 5 °
원뿔 각도 175°: 2.5 °
원뿔 각도 179.5°: 0.25°= 15′

표 6 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 액시콘 렌즈

2.2.4 의료용 레이저 렌즈

_{또한 CO₂} , Q-스위치 ND:YAG, ER:YAG, Ruby 및 Alex 레이저 시스템 과 같은 다양한 의료용 레이저 시스템에 사용되는 CO₂ 레이저 렌즈 _제품군 도 있습니다 . 이러한 광학 부품은 Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela 및 Coherent와 같은 대부분의 유명 의료 시스템에서 교체 부품으로 사용되어 왔습니다.

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
초점 거리 공차 : ± 2의 %
가장자리 두께 변화(ETV): <=3 arc min.
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4″당 λ/1″ 직경 @632.8nm
표면 품질 : 40-20 S-다르
코팅: 표면당 R<0.2%

표 7 : Wavelength Opto-Electronic Er:YAG용 ZnSe 의료용 레이저 렌즈

2.3 년 CO₂ 레이저 윈도우

CO₂ 레이저 윈도우는 일반적으로 광학적 특성이 우수한 재료로 만들어진 평평하고 투명한 판으로, 레이저 시스템과 외부 환경 사이의 보호 장벽 역할을 합니다. 빛이 왜곡, 산란 또는 흡수 없이 투과되도록 설계되었습니다. CO₂ _레이저 윈도우는 일반적으로 ZnSe 또는 Ge와 같이 CO₂ 레이저 파장 _{에서 흡수율} 이 낮은 재료로 만들어집니다 .

치수 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
병행: ≤3분
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4″Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 60-40 S-다르
코팅: 표면당 R<0.2% @10.6μm
입사각: 브루스터 각도 @ 10.6μm

ZnSe 레이저 윈도우는 고출력 CO₂ 레이저 시스템에 흔히 사용됩니다 _. 코팅된 형태와 코팅되지 않은 형태가 있으며, 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. Ge 레이저 윈도우는 빛이 통과할 수 있도록 하면서 서로 다른 물리적 환경을 차단합니다.

표 8 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 레이저 창

2.3.1 ZnSe 박막 편광판

박막 편광판은 레이저 빔을 S 편광과 P 편광을 사용하여 두 부분으로 분할하는 데 사용됩니다. 한편, S 및 P 편광을 사용하여 두 개의 빔을 결합하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이는 들어오는 광선에 대해 브루스터 각도로 향하는 코팅된 판으로 구성됩니다. 박막 코팅은 빔의 s-편광 성분의 반사율을 향상시키고 p-편광 성분의 높은 투과율을 유지할 수 있습니다.

자료: ZnSe
표면 평탄도 : 4″Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 40-20 SD
코팅: Tp =97%+/-0.5%@10.6um | Rs =97%+/-0.5%@10.6μm
입사각: 67.3˚ (브루스터 각도@10.6μm)

표 9 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 박막 편광판

2.4 년 CO₂ 다이크로익 미러

일반적으로 빔 결합기와 빔 분할기로 구성되는 CO₂ _다이크 로익 미러는 코팅층의 특성에 따라 특정 파장 범위의 빛은 선택적으로 투과시키고 다른 파장은 반사하는 ZnSe 필터입니다.

2.4.1 ZnSe 빔 결합기

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 : ± 0.25mm
표면 평탄도 : 4″Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 40-20 SD
AOI: 45 °

ZnSe 빔 결합기는 두 개 이상의 빔을 하나로 합쳐 CO₂ 레이저 시스템 정렬에 사용됩니다 _. 일반적으로 ZnSe 빔 결합기는 장파장 빔을 투과시키고 단파장 빔을 반사하는 반면, 역방향 빔 결합기는 단파장 빔을 투과시키고 장파장 빔을 반사합니다. CO₂ _빔 결합기는 45° 입사각으로 설계되어 레이저 빔을 투과시키고, 90°로 반사된 가시광선 정렬 빔과 결합합니다.

표 10 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 빔 결합기

2.4.2 ZnSe 빔 스플리터

직경 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 : ± 0.25mm
표면 평탄도 : 4'' Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 60-40 SD

빔 결합기와 달리 ZnSe 빔 분할기는 레이저 빔을 여러 경로로 나누어 동시 처리 또는 모니터링을 가능하게 합니다. 또한 정렬 또는 교정 목적으로 빔의 일부를 재지정할 수도 있습니다. ZnSe 빔 분할기는 CO₂ 레이저 파장에서 특정 반사율 또는 투과율을 얻기 위해 코팅되는 경우가 _많습니다.

빛의 투과 및 반사는 입사각, 편광 상태 및 입력 빔의 파장과 같은 다양한 매개변수에 따라 달라집니다. 45° 입사각에서 s 및 p 편광의 투과율 및 반사율 값에는 상당한 차이가 있으므로 ZnSe 빔 스플리터는 이 각도에 맞게 설계되었습니다.

표 11 : Wavelength Opto-Electronic ZnSe 빔 스플리터

2.5 레이저 감쇠기

레이저 감쇠기는 강도를 줄여 레이저 출력을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이는 공작물에 전달되는 에너지를 미세 조정할 때, 특히 과도한 전력이 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있는 응용 분야에서 유용합니다. 레이저 감쇠기는 원하는 전력 조정을 달성하기 위해 필터 또는 가변 메커니즘을 활용합니다.

파장 : 355 / 532 / 1064nm
유형: 전송 모드
명확한 조리개 : 14mm
빔 시프트: 0.5mm
소광율: > 200 : 1
감쇠 범위: 0.5 % - 95의 %
손상 임계값: >5J/cm²@1064nm, 20ns, 20Hz
무게  

제품 번호.: ATTN-10600-WC-V1
파장 : 10.6μm
명확한 조리개 : 최대 19mm(맞춤형)
전송 범위 : 10 - 90 %
손상 임계값: 1MW/cm^²
Resolution : 5%

표 12 : Wavelength Opto-Electronic 레이저 감쇠기

3. 공동₂ 레이저 광학 응용 분야

CO2 레이저 광학계의 중요성은 빔 품질 최적화, 빔 매개변수 제어, 그리고 전반적인 시스템 성능 향상에 있습니다. 고품질 광학계는 손실을 최소화하고, 빔 발산을 줄이며, 초점 조절 기능을 향상시켜 궁극적으로 공정 효율성을 높이고 가동 중지 시간을 줄이며 고품질의 결과물을 생산합니다. CO2 _레이저 광학계는 뛰어난 정밀도로 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있기 때문에 광범위한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

3.1 재료 가공

CO₂ 레이저 _는 금속, 플라스틱, 목재, 세라믹 등 다양한 재료의 절단, 조각, 마킹 및 용접에 널리 사용됩니다. 고품질 광학 장치는 정확한 초점 조절, 빔 형상 제어 및 향상된 공정 효율을 보장합니다.

3.2 의료

이산화탄소 레이저 _는 정밀한 조직 제거 능력 덕분에 외과 수술, 피부과, 안과 분야에서 활용됩니다. 광학 기술을 통해 외과의는 피부 재생, 종양 제거, 안과 수술과 같은 시술에 필요한 고도로 제어된 레이저 에너지를 전달할 수 있습니다.

3.3 과학적 연구

이산화탄소 레이저 _는 과학 연구, 특히 분광학, 대기 모니터링, 입자 가속 분야에서 필수적인 도구입니다. 광학 장치를 통해 정밀한 빔 제어, 정렬 및 조작이 가능해 정확한 데이터 수집 및 분석이 용이해집니다.

4. 결론

CO₂ _레이저 광학계는 다양한 산업 분야에서 _CO₂ 레이저 시스템 의 잠재력을 최대한 활용하는 데 필수적인 구성 요소입니다 . 거울, 렌즈, 창, 빔 분할기 및 감쇠기를 신중하게 선택하고 구현함으로써 이러한 광학계는 고출력 레이저 빔의 정밀한 제어, 조작 및 전달을 가능하게 합니다. 기술이 발전함에 따라 CO₂ 레이저 광학계 또한 더욱 발전하여 _다양한 응용 분야에서 향상된 정밀도, 효율성 및 혁신을 위한 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대됩니다.

전반적으로 콜로라도₂ 레이저 광학은 CO의 중요한 구성 요소입니다.₂ 레이저. 그들은 궁극적으로 레이저의 성능을 결정하는 레이저 빔의 전송 및 포커싱에 중요한 역할을 합니다. 적절한 관리와 유지 관리를 통해 CO₂ 레이저 광학은 수년간 안정적인 서비스를 제공할 수 있습니다. Wavelength Opto-Electronic 다양한 CO 설계 및 제조₂ CO와 같은 레이저 광학₂ 레이저 렌즈 및 CO₂ CO용 레이저 미러₂ 레이저 시스템.