Оптика для СО2-лазеров на переднем крае: расширение границ с помощью линз для СО2-лазеров и зеркал для СО2-лазеров

Автор: Брайан Нг – менеджер по маркетингу

Лазеры на основе диоксида углерода (CO₂ ₎ стали основополагающей технологией во многих отраслях промышленности, включая лазерную обработку , медицину и научные исследования. Эти лазеры излучают луч инфракрасного света с длиной волны 9.6 или 10.6 мкм, что позволяет им взаимодействовать с широким спектром материалов. Однако успешное использование CO₂ _- лазеров в значительной степени зависит от высококачественной оптики для CO₂ _- лазеров.

1. Важность CO₂ Лазерная оптика в СО₂ Лазерные системы

Оптика CO₂ _- лазера играет жизненно важную роль в доставке, управлении и фокусировке луча, в конечном итоге влияя на точность, эффективность и общую производительность лазера. Конкретные оптические компоненты, используемые в системе CO₂- _лазера , зависят от области применения. Например, в системе лазерной резки обычно используется сферическая линза для фокусировки луча на заготовке, в то время как в системе гравировки может использоваться расширитель луча для его расширения.

Наиболее распространенными оптическими материалами, используемыми в оптике CO₂ _- лазеров, являются селенид цинка (ZnSe) и германий (Ge). Эти материалы прозрачны для инфракрасного света и обладают высокой теплопроводностью, что способствует рассеиванию тепла, выделяемого лазерным лучом. Конкретные оптические компоненты, используемые в CO₂ _- лазере, зависят от области применения.

Качество оптических компонентов, используемых в системе CO2 _- лазера, оказывает существенное влияние на производительность лазера. Высококачественные оптические компоненты обеспечат точную передачу и фокусировку лазерного луча, что приведет к лучшим результатам резки, сварки и гравировки.

2. Компоненты СО₂ Лазерная оптика

Оптика CO₂ _- лазера включает в себя широкий спектр компонентов, обеспечивающих манипулирование и управление лазерным лучом. К основным компонентам относятся зеркала , линзы , окна , разделители луча и аттенюаторы CO₂ _- лазера , каждый из которых играет решающую роль в оптимизации характеристик лазера.

2.1 CO₂ Лазерные зеркала

Зеркала CO₂ _- лазера играют важную роль в обеспечении и управлении лазерным лучом в системе CO₂ _- лазера. Они отвечают за отражение лазерного луча и поддержание его юстировки. Отражающие зеркала CO₂- _лазера должны обладать низкими потерями на отражение, высоким оптическим качеством и хорошей устойчивостью к экстремальным оптическим воздействиям.

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Параллелизм: ≤3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Плоскостность поверхности: λ / 4 на диаметр 1 дюйм при 632.8 нм
Качество поверхности: 40-20 SD
Угол падения: 45°

Таблица 1: Wavelength Opto-Electronic CO₂ Лазерные зеркала

Оптика резонатора CO₂ _- лазера состоит из заднего зеркала и переднего зеркала (также называемого выходным зеркалом или частичным отражателем). Задние зеркала, обычно из ZnSe, с очень высокой отражательной способностью (>99.7%) являются ключевыми оптическими компонентами в лазерных резонаторах. Выходные зеркала представляют собой частично отражающие зеркала, предназначенные для извлечения части лазерного луча из лазерного резонатора. Часто для предотвращения интерференции от многократных отражений внутри компонента требуется небольшой клин. Высококачественные зеркала для CO₂ _- лазеров минимизируют потери и обеспечивают эффективную передачу луча.

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Центрирование: <3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Качество поверхности: 40-20 SD
Угол падения: 0°
КРЫШКА: 5.1 МВт / см² @ 10.6 мкм

Таблица 2: Wavelength Opto-Electronic Резонаторная оптика

2.2 CO₂ Лазерные линзы

Линзы CO₂ _- лазеров используются для формирования и фокусировки лазерного луча. Обычно они изготавливаются из материала ZnSe и могут быть выпуклыми или вогнутыми, при этом фокусное расстояние определяет точку фокусировки луча. Плоско-выпуклые линзы имеют положительное фокусное расстояние и используются для фокусировки коллимированного луча в небольшое пятно. Плоско-вогнутые линзы имеют отрицательное фокусное расстояние и используются для расходящихся коллимированных лучей. Изогнутые поверхности этих линз должны быть обращены к источнику, чтобы минимизировать сферическую аберрацию.

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Допуск фокусного расстояния: ± 2%
Изменение толщины кромки (ETV): ≤3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Плоскостность поверхности: λ / 4 на 1 ″ Диаметр @ 632.8 нм
Качество поверхности: 40-20 S-ДАР
Покрытие: R <0.2% на поверхность @ 10.6 мкм

Положительные менисковые выпукло-вогнутые линзы — это собирающие линзы, толстые в центре и тонкие по краям, создающие действительные изображения. Радиус кривизны вогнутой стороны больше, чем радиус кривизны выпуклой стороны линзы. Выпуклая сторона линзы должна быть обращена к источнику света, чтобы минимизировать сферическую аберрацию. Она предназначена для минимизации сферической аберрации и создания минимального размера фокусного пятна для входящего коллимированного света. Линзы для CO2- _{лазеров} необходимы в таких областях применения, как резка, гравировка и сварка, где точный контроль формы и интенсивности луча имеет решающее значение.

Таблица 3: Wavelength Opto-Electronic Сферические линзы ZnSe

2.2.1 Асферические линзы из ZnSe

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Допуск фокусного расстояния: ± 2%
Изменение толщины кромки (ETV): ≤ 3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Асферическая точность: ≤1 мкм ПВ
Качество поверхности: 40 / 20 60 / 40
Покрытие AR: R <0.2% на поверхность при 1030-1090 нм
Материал: Плавленый кварц, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, халькогениды
Покрытие: Доступные опции

Линзы для CO2 _- лазеров также бывают других форм, таких как асферические, сферические, цилиндрические и аксиконические. По сравнению с обычными сферическими линзами из ZnSe, наиболее существенным преимуществом асферических линз из ZnSe является возможность коррекции сферической аберрации. Асферические линзы позволяют разработчику корректировать аберрацию с помощью меньшего количества оптических линз, чем сферические линзы, поэтому оптическая система может быть дешевле и компактнее по размеру.

Таблица 4: Wavelength Opto-Electronic Асферические линзы ZnSe

2.2.2 Цилиндрические линзы из ZnSe

Допуск измерения: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Допуск фокусного расстояния: ± 2%
Изменение толщины кромки (ETV): ≤3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Плоскостность поверхности: λ / 4 на 1 ″ Диаметр @ 632.8 нм
Качество поверхности: 60-40 S-ДАР
Покрытие: R <0.2% на поверхность @ 10.6 мкм

Цилиндрические линзы из ZnSe используются для фокусировки входящего пучка в одной фокальной линии, а не в одной фокусной точке; они бывают как с положительным, так и с отрицательным фокусным расстоянием. Это круглые или прямоугольные объекты с цилиндрической формой поверхности, плоско-вогнутой или плоско-выпуклой. Они отличаются от сферических линз тем, что фокусируют пучок в фокальной линии, а не в фокусной точке.

Таблица 5: Wavelength Opto-Electronic ZnSe цилиндрические линзы

2.2.3 Линзы ZnSe Axicon

Линзы с аксиальной фокусировкой из ZnSe имеют одну коническую поверхность и используются для формирования кольцевого фокусного пучка. Как правило, линзы с аксиальной фокусировкой имеют вторую плоскую поверхность и используются в сочетании со сферической линзой. Они изготавливаются с помощью технологического процесса, соответствующего углу аксиальной фокусировки и требуемой точности. Для линз с малым углом и высокой точностью используется алмазная обработка.

Стандартный объектив Axicon - угол конуса Axicon равен 180 ° -2α

(+/- 0.01 град.): α (°)
Угол конуса 140 °: 20°
Угол конуса 160 °: 10°
Угол конуса 165 °: 7.5°
Угол конуса 170 °: 5°
Угол конуса 175 °: 2.5°
Угол конуса 179.5 °: 0.25 ° = 15 '

Таблица 6: Wavelength Opto-Electronic Линзы ZnSe Axicon

2.2.4 Медицинские лазерные линзы

Существует также другой ассортимент линз для CO₂ _- лазеров, используемых в различных медицинских лазерных системах, таких как CO₂ _{-лазеры} , Q-импульсные ND:YAG-лазеры, ER:YAG-лазеры, рубиновые и Alex-лазеры. Эта оптика использовалась в качестве замены в большинстве известных медицинских систем, таких как Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela и Coherent.

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Допуск фокусного расстояния: ± 2%
Изменение толщины кромки (ETV): <= 3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Плоскостность поверхности: λ / 4 на диаметр 1 дюйм при 632.8 нм
Качество поверхности: 40-20 S-ДАР
Покрытие: R <0.2% на поверхность

Таблица 7: Wavelength Opto-Electronic Медицинские лазерные линзы ZnSe для Er:YAG

2.3 CO₂ Лазерные окна

Окна CO₂ _- лазеров обычно представляют собой плоские прозрачные пластины, изготовленные из материалов с превосходными оптическими свойствами, которые служат защитным барьером между лазерной системой и внешней средой. Они предназначены для пропускания света с минимальным искажением, рассеянием или поглощением. Окна CO₂- _{лазеров} обычно изготавливаются из материалов с низким поглощением на длине волны CO₂ _- лазера, таких как ZnSe или Ge.

Допуск измерения: + 0 / -0.13mm
Допуск толщины:  ±0.25 мм 
Параллелизм: ≤3 угл. Мин.
Чистая диафрагма: > 90%
Плоскостность поверхности: λ / 4 на 1 ″ Диаметр @ 632.8 нм
Качество поверхности: 60-40 S-ДАР
Покрытие: R <0.2% на поверхность @ 10.6 мкм
Угол падения: Угол Брюстера @ 10.6 мкм

Окна из ZnSe широко используются в мощных CO₂ _- лазерных системах. Они выпускаются как с покрытием, так и без него, и имеют самые разнообразные формы и размеры. Окна из Ge-лазеров изолируют различные физические среды, пропуская при этом свет.

Таблица 8: Wavelength Opto-Electronic Лазерные окна ZnSe

2.3.1 Тонкопленочные поляризаторы ZnSe

Тонкопленочные поляризаторы используются для разделения лазерного луча на две части с S- и P-поляризациями. Между тем, их также можно использовать для объединения двух лучей с S- и P-поляризациями. Они состоят из пластины с покрытием, ориентированной под углом Брюстера по отношению к входящему лучу. Тонкопленочное покрытие способно повысить отражательную способность s-поляризованной составляющей луча и сохранить высокое пропускание p-поляризованной составляющей.

Материал: ZnSe
Плоскостность поверхности: λ / 4 на 1 ″ Диаметр @ 632.8 нм
Качество поверхности: 40-20 SD
Покрытие: Tp =97%+/-0.5% при 10.6 мкм | Rs =97%+/-0.5% при 10.6 мкм
Угол падения: 67.3˚ (угол Брюстера при 10.6 мкм)

Таблица 9: Wavelength Opto-Electronic Тонкопленочные поляризаторы ZnSe

2.4 CO₂ Дихроичные зеркала

_{Дихроичные зеркала на основе} CO₂ , обычно состоящие из сумматоров и разделителей лучей, представляют собой фильтры из ZnSe, которые избирательно пропускают свет определенного диапазона длин волн, отражая при этом свет другой длины волны в зависимости от свойств их покрывающих слоев.

2.4.1 Объединители пучков ZnSe

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Толщина:  ±0.25 мм 
Плоскостность поверхности: λ / 4 на 1 ″ Диаметр @ 632.8 нм
Качество поверхности: 40-20 SD
АОИ: 45°

Комбинаторы лучей на основе ZnSe объединяют два или более лучей в один и используются для юстировки лазерных систем на CO₂ _. Обычно они пропускают длинноволновый луч и отражают коротковолновый, тогда как обратные комбинированники лучей пропускают коротковолновый луч и отражают длинноволновый. Комбинаторы лучей для CO₂ _{разработаны} с углом падения 45° и пропускают лазерный луч, объединяя его с отраженным под углом 90° видимым лучом для юстировки.

Таблица 10: Wavelength Opto-Electronic Объединители пучков ZnSe

2.4.2 ZnSe светоделители

Допуск диаметра: + 0 / -0.13mm
Толщина:  ±0.25 мм 
Плоскостность поверхности: λ / 4 на диаметр 1 дюйм @ 632.8 нм
Качество поверхности: 60-40 SD

В отличие от сумматоров лучей, разделители лучей на основе ZnSe используются для разделения лазерного луча на несколько путей, что позволяет одновременно обрабатывать или контролировать данные. Они также могут перенаправлять часть луча для целей юстировки или калибровки. Разделители лучей на основе ZnSe часто покрываются специальным составом для достижения определенного коэффициента отражения или пропускания на длине волны CO₂- _лазера.

Пропускание и отражение света зависят от различных параметров, таких как угол падения, состояние поляризации и длина волны входного луча. Существует существенная разница в значениях коэффициента пропускания и отражения для s- и p-поляризации при угле падения 45°, поэтому светоделители ZnSe предназначены для этого угла.

Таблица 11: Wavelength Opto-Electronic ZnSe светоделители

2.5 Лазерные аттенюаторы

Лазерные аттенюаторы используются для управления мощностью лазера путем уменьшения его интенсивности. Они полезны при точной настройке энергии, подаваемой на заготовку, особенно в тех случаях, когда чрезмерная мощность может вызвать нежелательные эффекты. Лазерные аттенюаторы используют фильтры или переменные механизмы для достижения желаемой регулировки мощности.

Длина волны: 355/532/1064 нм
Тип Тип привода
Чистая диафрагма: 14 мм
Сдвиг луча: 0.5 мм
Коэффициент вымирания: > 200: 1
Диапазон затухания: 0.5% -95%
Порог повреждения: > 5 Дж / см²@1064 нм, 20 нс, 20 Гц
Вес 

Номер товара: ATTN-10600-WC-V1
Длина волны: 10.6μm
Чистая диафрагма: До 19 мм (настраивается)
Дальность передачи: 10 - 90%
Порог повреждения: 1 МВт/см^²
Разрешение: 5%

Таблица 12: Wavelength Opto-Electronic Лазерные аттенюаторы

3. СО₂ Применение лазерной оптики

Значение оптики для CO2-лазеров заключается в ее способности оптимизировать качество луча, контролировать параметры луча и повышать общую производительность системы. Высококачественная оптика обеспечивает минимальные потери, уменьшенную расходимость луча и улучшенную фокусировку, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности процесса, сокращению времени простоя и повышению качества выходного сигнала. Оптика для CO2 _- лазеров находит широкое применение в самых разных областях благодаря своей способности генерировать мощные лазерные лучи с превосходной точностью. К числу наиболее известных применений относятся:

3.1 Обработка материалов

CO₂ _- лазеры широко используются для резки, гравировки, маркировки и сварки различных материалов, включая металлы, пластмассы, дерево и керамику. Высококачественная оптика обеспечивает точную фокусировку, контроль формы луча и повышение эффективности процесса.

3.2 Медицинский

CO2 _- лазеры используются в хирургии, дерматологии и офтальмологии благодаря их способности к точной абляции тканей. Оптические системы позволяют хирургам точно контролировать энергию лазера при таких процедурах, как шлифовка кожи, удаление опухолей и операции на глазах.

3.3 Научные исследования

CO₂ _- лазеры являются незаменимыми инструментами в научных исследованиях, особенно в таких областях, как спектроскопия, мониторинг атмосферы и ускорение частиц. Оптика обеспечивает точное управление, выравнивание и манипулирование лучом, что облегчает сбор и анализ данных.

4. Заключение

Оптика для CO₂ _- лазеров является неотъемлемой частью раскрытия потенциала CO₂ _- лазерных систем в различных отраслях промышленности. Тщательный подбор и использование зеркал, линз, окон, разделителей лучей и аттенюаторов позволяют обеспечить точное управление, манипулирование и подачу мощных лазерных лучей. По мере развития технологий ожидается дальнейшее совершенствование оптики для CO₂ _- лазеров, открывающее новые возможности для повышения точности, эффективности и инноваций в различных областях применения.

В целом, СО₂ лазерная оптика является важным компонентом CO₂ лазеры. Они играют жизненно важную роль в передаче и фокусировке лазерного луча, что в конечном итоге определяет производительность лазера. При надлежащем уходе и обслуживании CO₂ лазерная оптика может обеспечить долгие годы надежной службы. Wavelength Opto-Electronic проектировать и производить различные СО₂ лазерная оптика, такая как CO₂ лазерные линзы и CO₂ лазерные зеркала для вашего СО₂ лазерные системы.