Optyka lasera CO2 na czele: przekraczanie granic dzięki soczewkom lasera CO2 i lusterkom laserowym CO2

Autor: Bryan Ng – Menedżer ds. marketingu

Lasery CO2 stały się podstawową technologią w wielu branżach, w tym w obróbce laserowej , medycynie i badaniach naukowych. Lasery te emitują wiązkę światła podczerwonego o długości fali 9.6 lub 10.6 µm, co umożliwia im interakcję z szeroką gamą materiałów. Jednak skuteczne wykorzystanie laserów CO2 _w dużej mierze zależy od wysokiej jakości optyki _{laserów CO2}.

1. Znaczenie CO₂ Optyka laserowa w CO₂ Systemy laserowe

Optyka lasera CO2 odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu, sterowaniu i ogniskowaniu wiązki, wpływając ostatecznie na precyzję, wydajność i ogólną wydajność lasera. Konkretne komponenty optyczne stosowane w systemie lasera CO2 _{zależą od} zastosowania. Na przykład, system cięcia laserowego zazwyczaj wykorzystuje soczewkę sferyczną do ogniskowania wiązki na obrabianym przedmiocie, podczas gdy system grawerowania może wykorzystywać ekspander wiązki w celu jej poszerzenia.

Najczęściej stosowanymi materiałami optycznymi w optyce laserów CO₂ _są selenek cynku (ZnSe) i german (Ge). Materiały te są transparentne dla światła podczerwonego i charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną, co pomaga w rozpraszaniu ciepła generowanego przez wiązkę laserową. Konkretne komponenty optyczne stosowane w laserze CO₂ _zależą od zastosowania.

Jakość komponentów optycznych zastosowanych w systemie laserowym CO2 _ma znaczący wpływ na wydajność lasera. Wysokiej jakości komponenty optyczne zapewniają precyzyjne przesyłanie i skupianie wiązki laserowej, co przekłada się na lepsze rezultaty cięcia, spawania i grawerowania .

2. Składniki CO₂ Optyka laserowa

Optyka lasera CO2 obejmuje szeroką gamę komponentów, które ułatwiają manipulowanie wiązką laserową i jej kontrolowanie. Główne komponenty to lustra lasera _CO2 , soczewki , okna , dzielniki wiązki i tłumiki , _z których każdy odgrywa kluczową rolę w optymalizacji charakterystyki lasera.

2.1 CO₂ Lustra laserowe

Zwierciadła lasera CO2 są integralną częścią systemu dostarczania i sterowania wiązką lasera CO2 _. Odpowiadają za odbicie wiązki laserowej i utrzymanie jej ustawienia. Odbiciowe zwierciadła lasera CO2 _{muszą charakteryzować} się niskimi stratami odbicia, wysoką jakością optyczną i dobrą odpornością na ekstremalne natężenie światła.

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Równoległość: ≤3 min łuku
Wyczyść przysłonę: > 90%
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1” średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 40-20 SD
Kąt padania: 45 °

Tabela 1: Wavelength Opto-Electronic CO₂ Lustra laserowe

_{Optyka wnęki lasera} CO₂ składa się ze zwierciadła tylnego i zwierciadła przedniego (nazywanego również sprzęgaczem wyjściowym lub częściowym reflektorem). Zwierciadła tylne, zazwyczaj ZnSe, o bardzo wysokim współczynniku odbicia (>99.7%), są kluczowymi elementami optycznymi w rezonatorach laserowych. Sprzęgacze wyjściowe to zwierciadła częściowo odbijające, które wychwytują część wiązki laserowej z rezonatora. Często wymagają one niewielkiego klina, aby zapobiec interferencji z wielokrotnymi odbiciami wewnątrz elementu. Wysokiej jakości zwierciadła lasera CO₂ _{minimalizują} straty i zapewniają wydajne dostarczanie wiązki.

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Centracja: < 3 min łuku
Wyczyść przysłonę: > 90%
Jakość powierzchni: 40-20 SD
Kąt padania: 0 °
POKRYWA: 5.1 MW/cm² przy 10.6 µm

Tabela 2: Wavelength Opto-Electronic Optyka wnękowa

2.2 CO₂ Soczewki laserowe

_{Soczewki lasera} CO₂ służą do kształtowania i ogniskowania wiązki laserowej. Zazwyczaj są wykonane z materiału ZnSe i mogą być wypukłe lub wklęsłe, a ich ogniskowa określa punkt skupienia wiązki. Soczewki płasko-wypukłe mają dodatnią ogniskową i służą do ogniskowania skolimowanej wiązki na małej powierzchni. Soczewki płasko-wklęsłe mają ujemną ogniskową i służą do rozpraszania skolimowanej wiązki. Zakrzywione powierzchnie tych soczewek powinny być skierowane w stronę źródła, aby zminimalizować aberrację sferyczną.

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Tolerancja ogniskowej: ± 2%
Zmiana grubości krawędzi (ETV): ≤3 min łuku.
Wyczyść przysłonę: > 90%
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 40-20 S-DAR
Powłoka: R<0.2% na powierzchnię @ 10.6μm

Soczewki wypukło-wklęsłe z dodatnim meniskiem to soczewki skupiające, grube w środku i cienkie na krawędziach, generujące obrazy rzeczywiste. Promień krzywizny strony wklęsłej jest większy niż strony wypukłej soczewki. Strona wypukła soczewki powinna być zwrócona w stronę źródła światła, aby zminimalizować aberrację sferyczną. Została ona zaprojektowana w celu zminimalizowania aberracji sferycznej i uzyskania minimalnego rozmiaru ogniska dla padającego światła skolimowanego. Soczewki laserów CO2 _są niezbędne w zastosowaniach takich jak cięcie, grawerowanie i spawanie, gdzie precyzyjna kontrola kształtu i intensywności wiązki ma kluczowe znaczenie.

Tabela 3: Wavelength Opto-Electronic Soczewki sferyczne ZnSe

2.2.1 Soczewki asferyczne ZnSe

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Tolerancja ogniskowej: ± 2%
Zmienność grubości krawędzi (ETV): ≤ 3 min łuku
Wyczyść przysłonę: > 90%
Dokładność asferyczna: ≤1µm PV
Jakość powierzchni: 40 / 20 60 / 40
Powłoka AR: R<0.2% na powierzchnię @ 1030-1090nm
Materiał: topiona krzemionka, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, chalkogenki
Powłoka: Dostępne opcje

Soczewki laserów CO2 występują również w innych kształtach _, takich jak asferyczne, sferyczne, cylindryczne i aksikonowe. W porównaniu z konwencjonalnymi soczewkami sferycznymi ZnSe, ich największą zaletą jest możliwość korekcji aberracji sferycznej . Soczewki asferyczne pozwalają projektantowi na korekcję aberracji przy użyciu mniejszej liczby soczewek optycznych niż soczewki sferyczne, dzięki czemu układ optyczny może być tańszy i bardziej kompaktowy.

Tabela 4: Wavelength Opto-Electronic Soczewki asferyczne ZnSe

2.2.2 Soczewki cylindryczne ZnSe

Tolerancja wymiarów: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Tolerancja ogniskowej: ± 2%
Zmiana grubości krawędzi (ETV): ≤3 min łuku.
Wyczyść przysłonę: > 90%
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 60-40 S-DAR
Powłoka: R<0.2% na powierzchnię @ 10.6μm

Soczewki cylindryczne ZnSe służą do skupiania padającej wiązki w jednej ogniskowej, a nie w jednym punkcie ogniskowym. Występują zarówno o dodatniej, jak i ujemnej ogniskowej. Są to obiekty okrągłe lub prostokątne o powierzchniach cylindrycznych, płasko-wklęsłych lub płasko-wypukłych. Różnią się od soczewek sferycznych tym, że skupiają wiązkę na ogniskowej, a nie na punkcie ogniskowym.

Tabela 5: Wavelength Opto-Electronic Soczewki cylindryczne ZnSe

2.2.3 Soczewki ZnSe Axicon

Soczewki ogniskujące aksikony ZnSe mają jedną powierzchnię stożkową i służą do wytwarzania pierścieniowej wiązki ogniskującej. Zazwyczaj soczewki ogniskujące aksikony mają drugą, płaską powierzchnię i są stosowane w połączeniu z soczewką sferyczną. Są one wytwarzane w procesie produkcyjnym dostosowanym do kąta aksikonu i wymaganej dokładności. W przypadku soczewek o małym kącie i wysokiej dokładności, proces produkcyjny obejmuje obróbkę diamentową.

Standardowa soczewka Axicon – kąt stożka Axicon równy 180°-2α

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

Tabela 6: Wavelength Opto-Electronic Soczewki ZnSe Axicon

2.2.4 Medyczne soczewki laserowe

Dostępna jest również inna gama soczewek laserowych CO2, _stosowanych w różnych systemach laserowych, takich jak CO2 _, Q-switched ND:YAG, ER:YAG, Ruby i Alex. Optyka ta została wykorzystana jako zamiennik w większości znanych systemów medycznych, takich jak Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela i Coherent.

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Tolerancja ogniskowej: ± 2%
Zmiana grubości krawędzi (ETV): <=3 min łuku.
Wyczyść przysłonę: > 90%
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy @ 632.8 nm
Jakość powierzchni: 40-20 S-DAR
Powłoka: R<0.2% na powierzchnię

Tabela 7: Wavelength Opto-Electronic Medyczne soczewki laserowe ZnSe do Er:YAG

2.3 CO₂ Okna laserowe

Okna lasera CO2 to zazwyczaj płaskie, przezroczyste płytki wykonane z materiałów o doskonałych właściwościach optycznych, stanowiące barierę ochronną między systemem laserowym a otoczeniem zewnętrznym. Zaprojektowano je tak, aby przepuszczały światło z minimalnym zniekształceniem, rozpraszaniem lub absorpcją. Okna lasera CO2 _{są zazwyczaj} wykonane z materiałów o niskiej absorpcji na długości fali lasera CO2 _, takich jak ZnSe lub Ge.

Tolerancja wymiarów: + 0 / -0.13 mm
Tolerancja grubości: ± 0.25mm
Równoległość: ≤3 min łuku.
Wyczyść przysłonę: > 90%
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 60-40 S-DAR
Powłoka: R<0.2% na powierzchnię @ 10.6μm
Kąt padania: Kąt Brewstera @ 10.6 μm

_{Okna laserowe ZnSe są powszechnie stosowane w systemach laserowych CO2} o dużej mocy . Są dostępne w wersji powlekanej lub niepowlekanej i występują w szerokiej gamie kształtów i rozmiarów. Okna laserowe Ge izolują różne środowiska fizyczne, jednocześnie przepuszczając światło.

Tabela 8: Wavelength Opto-Electronic Okna laserowe ZnSe

2.3.1 Polaryzatory cienkowarstwowe ZnSe

Polaryzatory cienkowarstwowe służą do podziału wiązki lasera na dwie części z polaryzacją S i P. Tymczasem można je również wykorzystać do łączenia dwóch wiązek o polaryzacji S i P. Składają się z powlekanej płyty, która jest zorientowana pod kątem Brewstera w stosunku do przychodzącej wiązki. Cienkowarstwowa powłoka może zwiększyć współczynnik odbicia składnika spolaryzowanego s wiązki i utrzymać wysoką transmisję składnika spolaryzowanego p.

Materiał: ZnSe
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 40-20 SD
Powłoka: Tp = 97% +/-0.5% przy 10.6 um | Rs = 97% +/-0.5% przy 10.6 μm
Kąt padania: 67.3˚ (kąt Brewstera przy 10.6 μm)

Tabela 9: Wavelength Opto-Electronic Polaryzatory cienkowarstwowe ZnSe

2.4 CO₂ lustra dichroiczne

Zwierciadła dichroiczne CO2 , zwykle składające się z łączników i rozdzielaczy wiązki, to filtry ZnSe, które selektywnie przepuszczają pewien zakres długości fal światła, jednocześnie odbijając inną długość fali, w zależności od właściwości warstw powłoki_.

2.4.1 Łączniki wiązek ZnSe

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Grubość: ± 0.25mm
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1″ średnicy przy 632.8 nm
Jakość powierzchni: 40-20 SD
AOI: 45 °

Łączniki wiązki ZnSe łączą dwie lub więcej wiązek w jedną i służą do ustawiania systemów laserowych CO₂ _. Zazwyczaj emitują wiązkę długofalową i odbijają wiązkę krótkofalową, natomiast łączniki wiązki odwrotnej emitują wiązkę krótkofalową i odbijają wiązkę długofalową. Łączniki wiązki CO₂ _są zaprojektowane pod kątem padania 45° i emitują wiązkę laserową, łącząc ją z odbitą, widzialną wiązką wyrównującą pod kątem 90°.

Tabela 10: Wavelength Opto-Electronic Łączniki wiązki ZnSe

2.4.2 Dzielniki wiązki ZnSe

Tolerancja średnicy: + 0 / -0.13 mm
Grubość: ± 0.25mm
Płaskość powierzchni: λ/4 na 1'' średnicy przy 632.8nm
Jakość powierzchni: 60-40 SD

W przeciwieństwie do łączników wiązki, dzielniki wiązki ZnSe służą do podziału wiązki laserowej na wiele ścieżek, umożliwiając jednoczesne przetwarzanie lub monitorowanie. Mogą również przekierować część wiązki w celu jej wyrównania lub kalibracji. Dzielniki wiązki ZnSe są często powlekane w celu uzyskania określonego współczynnika odbicia lub współczynnika transmisji dla długości fali lasera _CO2.

Transmisja i odbicie światła zależą od różnych parametrów, takich jak kąt padania, stan polaryzacji i długość fali wiązki wejściowej. Istnieje znaczna różnica w wartościach transmitancji i współczynnika odbicia polaryzacji s i p przy kącie padania 45°, więc rozdzielacze wiązki ZnSe zaprojektowane są dla tego kąta.

Tabela 11: Wavelength Opto-Electronic Rozdzielacze wiązki ZnSe

2.5 Tłumiki laserowe

Tłumiki laserowe służą do kontrolowania mocy lasera poprzez zmniejszanie jego intensywności. Są przydatne przy precyzyjnym dostrajaniu energii dostarczanej do przedmiotu obrabianego, szczególnie w zastosowaniach, w których nadmierna moc może powodować niepożądane efekty. Tłumiki laserowe wykorzystują filtry lub zmienne mechanizmy w celu uzyskania pożądanej regulacji mocy.

Długość fali: 355/532/1064 nm
Typ: Tryb transmisji
Wyczyść przysłonę: 14mm
Przesunięcie wiązki: 0.5mm
Wskaźnik wymierania: > 200:1
Zakres tłumienia: 0.5%-95%
Próg obrażeń: >5J/cm²@1064nm, 20ns, 20Hz
Waga: 

Art. Nr: ATTN-10600-WC-V1
Długość fali: 10.6μm
Wyczyść przysłonę: Do 19mm (konfigurowalny)
Zakres transmisji: 10 - 90%
Próg obrażeń: 1 MW/cm^²
Rozkład: 5%

Tabela 12: Wavelength Opto-Electronic Tłumiki laserowe

3. KO₂ Zastosowania optyki laserowej

Znaczenie optyki lasera CO2 polega na jej zdolności do optymalizacji jakości wiązki, kontroli jej parametrów i poprawy ogólnej wydajności systemu. Wysokiej jakości optyka zapewnia minimalne straty, zmniejszoną rozbieżność wiązki i lepszą ogniskowalność, co ostatecznie przekłada się na zwiększoną wydajność procesu, skrócenie przestojów i wyższą jakość wyników. Optyka lasera CO2 _znajduje szerokie zastosowanie w szerokim zakresie zastosowań ze względu na możliwość generowania wiązek laserowych o dużej mocy z doskonałą precyzją. Do najważniejszych zastosowań należą:

3.1 Przetwarzanie materiałów

Lasery CO2 są szeroko stosowane do cięcia, grawerowania, znakowania i spawania różnych _materiałów , w tym metali, tworzyw sztucznych, drewna i ceramiki. Wysokiej jakości optyka zapewnia precyzyjne ogniskowanie, kontrolę kształtu wiązki i zwiększoną wydajność procesu.

3.2 Medical

Lasery CO2 są wykorzystywane w zabiegach chirurgicznych, dermatologii i okulistyce ze względu na _ich precyzyjne możliwości ablacji tkanek. Optyka umożliwia chirurgom precyzyjne kontrolowanie energii lasera w zabiegach takich jak resurfacing skóry, usuwanie guzów i chirurgia oka.

3.3 Badania naukowe

Lasery CO2 są niezbędnymi narzędziami w badaniach naukowych, szczególnie w takich dziedzinach jak spektroskopia, monitoring atmosfery i akceleracja cząstek. Optyka umożliwia precyzyjne sterowanie wiązką, jej ustawienie i manipulowanie, ułatwiając precyzyjne pozyskiwanie i analizę danych_.

4. Wniosek

Optyka laserów CO2 stanowi integralny element umożliwiający pełne wykorzystanie potencjału systemów laserowych CO2 _w różnych branżach. Dzięki starannemu doborowi i zastosowaniu zwierciadeł, soczewek, okienek, dzielników wiązki i tłumików, optyka ta umożliwia precyzyjne sterowanie, manipulowanie i dostarczanie wiązek laserowych o dużej mocy. Wraz z postępem technologicznym oczekuje się dalszych udoskonaleń w optyce laserów CO2 _{, otwierających} nowe możliwości w zakresie zwiększonej precyzji, wydajności i innowacyjności w różnorodnych zastosowaniach.

Ogólnie rzecz biorąc, KO₂ optyka laserowa jest kluczowym elementem CO₂ lasery. Odgrywają one istotną rolę w transmisji i ogniskowaniu wiązki laserowej, co ostatecznie decyduje o wydajności lasera. Przy odpowiedniej pielęgnacji i konserwacji CO₂ optyka laserowa może zapewnić lata niezawodnej pracy. Wavelength Opto-Electronic projektować i produkować różne CO₂ optyka laserowa, taka jak CO₂ soczewki laserowe i CO₂ lusterka laserowe dla Twojego CO₂ systemy laserowe.