Dẫn đầu về quang học laze CO2: Vượt qua các ranh giới bằng thấu kính laze CO2 và gương laze CO2

Tác giả: Bryan Ng – Giám đốc Tiếp thị

Laser carbon dioxide (CO₂ ₎ đã trở thành công nghệ nền tảng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm gia công laser , y học và nghiên cứu. Các laser này phát ra chùm tia hồng ngoại có bước sóng 9.6 hoặc 10.6 µm, cho phép chúng tương tác với nhiều loại vật liệu. Tuy nhiên, việc sử dụng thành công laser CO₂ _{phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng} quang học _laser CO₂ cao.

1. Tầm quan trọng của CO₂ Quang học Laser trong CO₂ Hệ thống Laser

_{Hệ thống quang học laser} CO2 đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền, điều khiển và hội tụ chùm tia, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác, hiệu quả và hiệu suất tổng thể của laser. Các thành phần quang học cụ thể được sử dụng trong hệ thống laser CO2 _sẽ phụ thuộc vào ứng dụng. Ví dụ, hệ thống cắt laser thường sử dụng thấu kính cầu để hội tụ chùm tia lên phôi, trong khi hệ thống khắc có thể sử dụng bộ mở rộng chùm tia để làm rộng chùm tia.

Các vật liệu quang học phổ biến nhất được sử dụng trong quang học laser CO2 _là kẽm selenua (ZnSe) và germani (Ge). Những vật liệu này trong suốt với ánh sáng hồng ngoại và có độ dẫn nhiệt cao, giúp tản nhiệt do chùm tia laser tạo ra. Các thành phần quang học cụ thể được sử dụng trong laser CO2 _sẽ phụ thuộc vào ứng dụng.

Chất lượng của các linh kiện quang học được sử dụng trong hệ thống laser CO2 _có tác động đáng kể đến hiệu suất của laser. Các linh kiện quang học chất lượng cao sẽ đảm bảo chùm tia laser được truyền tải và hội tụ chính xác, dẫn đến kết quả cắt, hàn và khắc tốt hơn.

2. Thành phần của CO₂ Quang học Laser

Hệ thống quang học laser CO2 bao gồm nhiều thành phần khác nhau giúp điều khiển và định hướng chùm tia laser. Các thành phần chính bao gồm gương laser _CO2 , thấu kính , cửa sổ _, bộ chia chùm tia và bộ suy giảm , mỗi thành phần đều đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các đặc tính của laser.

2.1 CO₂ Gương laze

Gương phản xạ laser CO2 là thành phần không thể thiếu trong việc truyền dẫn và điều khiển chùm tia trong hệ thống laser CO2 _. Chúng chịu trách nhiệm phản xạ chùm tia laser và duy trì sự thẳng hàng của nó. Gương phản xạ laser CO2 _{phải có} tổn thất phản xạ thấp, chất lượng quang học cao và khả năng chống chịu tốt với cường độ quang học cực cao.

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Song song: ≤3 cung tối thiểu
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ”Dia @ 632.8nm
Chất lượng bề mặt: 40-20 SD
Góc nghiêng: 45 °

Bảng 1: Wavelength Opto-Electronic CO₂ Gương laze

_{Hệ quang học của khoang laser} CO2 bao gồm một gương phía sau và một gương phía trước (còn được gọi là bộ ghép đầu ra hoặc gương phản xạ một phần). Gương phía sau, thường là ZnSe, với độ phản xạ rất cao (>99.7%) là thành phần quang học quan trọng trong các bộ cộng hưởng laser. Bộ ghép đầu ra là các gương phản xạ một phần để trích xuất một phần chùm tia laser từ bộ cộng hưởng laser. Chúng thường cần một hình nêm nhỏ để ngăn chặn sự nhiễu từ nhiều lần phản xạ bên trong thành phần. Gương laser CO2 chất lượng cao _giúp giảm thiểu tổn thất và đảm bảo truyền dẫn chùm tia hiệu quả.

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Tâm: <3 vòng cung phút
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Chất lượng bề mặt: 40-20 SD
Góc nghiêng: 0 °
LIDT: 5.1 MW / cm² @ 10.6µm

Bảng 2: Wavelength Opto-Electronic Quang học khoang

2.2 CO₂ ống kính laze

Các thấu kính laser CO2 được sử dụng để định hình và hội tụ chùm tia laser. Chúng thường được làm bằng vật liệu ZnSe và có thể là thấu kính lồi hoặc lõm, trong đó tiêu cự _của chúng quyết định điểm hội tụ của chùm tia. Thấu kính phẳng lồi có tiêu cự dương và được sử dụng để hội tụ chùm tia song song thành một điểm nhỏ. Thấu kính phẳng lõm có tiêu cự âm và được sử dụng để phân kỳ các chùm tia song song. Các bề mặt cong của các thấu kính này nên hướng về phía nguồn để giảm thiểu quang sai cầu.

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Dung sai độ dài tiêu cự: ± 2%
Biến thể độ dày cạnh (ETV): ≤3 cung tối thiểu.
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 40-20 S-DAR
Lớp áo: R <0.2% mỗi bề mặt @ 10.6μm

Các thấu kính lồi lõm hình bán nguyệt dương là các thấu kính hội tụ, dày ở tâm và mỏng ở rìa, tạo ra ảnh thật. Bán kính cong của mặt lõm lớn hơn bán kính cong của mặt lồi. Mặt lồi của thấu kính nên hướng về phía nguồn sáng để giảm thiểu quang sai cầu. Nó được thiết kế để giảm thiểu quang sai cầu và tạo ra kích thước điểm hội tụ nhỏ nhất cho ánh sáng song song đi vào. Thấu kính laser CO2 _rất cần thiết cho các ứng dụng như cắt, khắc và hàn, nơi việc kiểm soát chính xác hình dạng và cường độ chùm tia là rất quan trọng.

Bảng 3: Wavelength Opto-Electronic Thấu kính cầu ZnSe

2.2.1 Thấu kính phi cầu ZnSe

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Dung sai độ dài tiêu cự: ± 2%
Biến thể độ dày cạnh (ETV): ≤ 3 cung tối thiểu
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ chính xác Aspheric: PV ≤1µm
Chất lượng bề mặt: 40 / 20 60 / 40
Lớp phủ AR: R <0.2% mỗi bề mặt @ 1030-1090nm
Chất Liệu: Silica nung chảy, Suprasil 313, Corning 7980, Si, Ge, ZnS, ZnSe, Chalcogenides
Lớp áo: Các tùy chọn có sẵn

_{Các thấu kính laser} CO2 cũng có nhiều hình dạng khác như phi cầu, cầu, trụ và hình nón. So với các thấu kính cầu ZnSe thông thường, ưu điểm nổi bật nhất của thấu kính phi cầu ZnSe là khả năng hiệu chỉnh quang sai cầu. Thấu kính phi cầu cho phép người thiết kế hiệu chỉnh quang sai với số lượng thấu kính ít hơn so với thấu kính cầu, do đó hệ thống quang học có thể có chi phí thấp hơn và kích thước nhỏ gọn hơn.

Bảng 4: Wavelength Opto-Electronic Thấu kính phi cầu ZnSe

2.2.2 Thấu kính trụ ZnSe

Dung sai kích thước: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Dung sai độ dài tiêu cự: ± 2%
Biến thể độ dày cạnh (ETV): ≤3 cung tối thiểu.
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 60-40 S-DAR
Lớp áo: R <0.2% mỗi bề mặt @ 10.6μm

Các thấu kính trụ ZnSe được sử dụng để hội tụ chùm tia tới thành một đường tiêu điểm duy nhất thay vì một điểm tiêu điểm duy nhất; chúng có cả tiêu cự dương và âm. Chúng có thể là các vật thể hình tròn hoặc hình chữ nhật với bề mặt hình trụ, có thể là phẳng lõm hoặc phẳng lồi. Chúng khác với thấu kính cầu ở chỗ chúng hội tụ chùm tia vào một đường tiêu điểm chứ không phải một điểm tiêu điểm.

Bảng 5: Wavelength Opto-Electronic Ống kính hình trụ ZnSe

2.2.3 Thấu kính Axicon ZnSe

Các thấu kính hội tụ hình nón ZnSe có một bề mặt hình nón và được sử dụng để tạo ra chùm tia hội tụ dạng vòng. Thông thường, các thấu kính hội tụ hình nón có thêm một bề mặt phẳng và được sử dụng kết hợp với một thấu kính cầu. Chúng được chế tạo bằng quy trình sản xuất phù hợp với góc của thấu kính hình nón và độ chính xác yêu cầu. Đối với các thấu kính có góc nhỏ và độ chính xác cao, quy trình sản xuất bao gồm gia công bằng kim cương.

Thấu kính Axicon tiêu chuẩn - Góc nón Axicon bằng 180 ° -2α

(+/- 0.01 độ): α (°)
Góc hình nón 140 °: 20 °
Góc hình nón 160 °: 10 °
Góc hình nón 165 °: 7.5 °
Góc hình nón 170 °: 5 °
Góc hình nón 175 °: 2.5 °
Góc hình nón 179.5 °: 0.25 ° = 15 '

Bảng 6: Wavelength Opto-Electronic Ống kính độc hại ZnSe

2.2.4 Ống kính Laser y tế

Ngoài ra còn có một loạt các thấu kính laser CO2 khác _được sử dụng cho nhiều hệ thống laser y tế khác nhau như laser CO2 _, ND:YAG xung ngắn, ER:YAG, Ruby và Alex. Các thấu kính này đã được sử dụng để thay thế trong hầu hết các hệ thống y tế nổi tiếng như Continuum-Biomedical, ESC, Sharplan, Candela và Coherent.

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Dung sai độ dài tiêu cự: ± 2%
Biến thể độ dày cạnh (ETV): <= 3 cung tối thiểu.
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia @ 632.8nm
Chất lượng bề mặt: 40-20 S-DAR
Lớp áo: R <0.2% trên mỗi bề mặt

Bảng 7: Wavelength Opto-Electronic Ống kính Laser y tế ZnSe cho Er: YAG

2.3 CO₂ Cửa sổ Laser

Các cửa sổ laser CO2 thường là những tấm phẳng, trong suốt được làm từ các vật liệu có đặc tính quang học tuyệt vời, đóng vai trò như một rào chắn bảo vệ giữa hệ thống laser và môi trường bên ngoài. Chúng được thiết kế để truyền ánh sáng với độ biến dạng, tán xạ hoặc hấp thụ tối thiểu. Cửa sổ laser CO2 _{thường được} làm từ các vật liệu có độ hấp thụ thấp ở bước sóng laser CO2 _, chẳng hạn như ZnSe hoặc Ge.

Dung sai kích thước: + 0 / -0.13mm
Dung sai độ dày: ± 0.25mm
Song song: ≤3 cung tối thiểu.
Khẩu độ rõ ràng: Lớn hơn 90%
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 60-40 S-DAR
Lớp áo: R <0.2% mỗi bề mặt @ 10.6μm
Góc nghiêng: Góc bia @ 10.6μm

Cửa sổ laser ZnSe thường được sử dụng trong các hệ thống laser CO2 công suất cao _. Chúng có sẵn ở dạng phủ hoặc không phủ và có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Cửa sổ laser Ge cách ly các môi trường vật lý khác nhau trong khi vẫn cho phép ánh sáng đi qua.

Bảng 8: Wavelength Opto-Electronic Cửa sổ Laser ZnSe

2.3.1 Máy phân cực màng mỏng ZnSe

Các bản phân cực màng mỏng được sử dụng để chia chùm tia laser thành hai phần có Phân cực S và P. Trong khi đó, chúng cũng có thể được sử dụng để kết hợp hai chùm tia có độ phân cực S và P. Chúng bao gồm một tấm được phủ, được định hướng theo góc Brewster so với chùm tia tới. Lớp phủ màng mỏng có thể tăng cường độ phản xạ của thành phần phân cực s của chùm tia và duy trì khả năng truyền cao của thành phần phân cực p.

Chất Liệu: ZnSe
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 40-20 SD
Lớp áo: Tp =97%+/-0.5%@10.6um | Rs =97%+/-0.5%@10.6μm
Góc nghiêng: 67.3˚ (góc pha chế @10.6μm)

Bảng 9: Wavelength Opto-Electronic Bộ phân cực màng mỏng ZnSe

2.4 CO₂ Gương lưỡng sắc

Gương lưỡng sắc CO2 , thường bao gồm bộ kết hợp chùm tia và bộ tách chùm tia, là các bộ lọc ZnSe có khả năng truyền ánh sáng trong một dải bước sóng nhất định một cách chọn lọc trong khi phản _xạ một bước sóng khác dựa trên đặc tính của lớp phủ.

2.4.1 Bộ kết hợp tia ZnSe

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Độ dày: ± 0.25mm
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 ″ Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 40-20 SD
AOI: 45 °

Bộ ghép chùm tia ZnSe hợp nhất hai hoặc nhiều chùm tia thành một và được sử dụng để căn chỉnh hệ thống laser CO2. Chúng thường truyền một chùm tia có bước sóng dài và phản xạ một chùm tia có bước sóng ngắn, trong khi bộ ghép chùm tia ngược truyền một chùm tia có bước sóng ngắn và phản xạ một chùm tia có bước sóng dài. Bộ ghép chùm tia CO2 _{được thiết} kế ở góc tới 45° và truyền một chùm tia laser, kết hợp chùm tia này với chùm tia căn chỉnh khả kiến ​​phản xạ ở góc 90°.

Bảng 10: Wavelength Opto-Electronic Bộ kết hợp chùm tia ZnSe

2.4.2 Bộ tách tia ZnSe

Dung sai đường kính: + 0 / -0.13mm
Độ dày: ± 0.25mm
Độ phẳng bề mặt: λ / 4 trên 1 '' Dia@632.8nm
Chất lượng bề mặt: 60-40 SD

Khác với bộ kết hợp chùm tia, bộ tách chùm tia ZnSe được sử dụng để chia chùm tia laser thành nhiều đường dẫn, cho phép xử lý hoặc giám sát đồng thời. Chúng cũng có thể chuyển hướng một phần chùm tia cho mục đích căn chỉnh hoặc hiệu chuẩn. Bộ tách chùm tia ZnSe thường được phủ một lớp để đạt được tỷ lệ phản xạ hoặc truyền dẫn cụ thể ở bước sóng laser _CO2.

Sự truyền và phản xạ của ánh sáng phụ thuộc vào các thông số khác nhau như góc tới, trạng thái phân cực và bước sóng của chùm tia đầu vào. Có sự khác biệt đáng kể về giá trị độ truyền qua và độ phản xạ của phân cực s và p ở góc tới 45°, vì vậy bộ tách chùm ZnSe được thiết kế dành cho góc này.

Bảng 11: Wavelength Opto-Electronic Bộ tách tia ZnSe

2.5 Bộ suy hao laze

Bộ suy giảm laser được sử dụng để kiểm soát công suất laser bằng cách giảm cường độ của nó. Chúng rất hữu ích khi tinh chỉnh năng lượng cung cấp cho phôi, đặc biệt là trong các ứng dụng mà công suất quá mức có thể gây ra các tác động không mong muốn. Bộ suy giảm laser sử dụng các bộ lọc hoặc cơ chế biến đổi để đạt được mức điều chỉnh công suất mong muốn.

Bước sóng: 355/532 / 1064nm
Kiểu: Chế độ truyền tải
Khẩu độ rõ ràng: 14mm
Chuyển tia: 0.5mm
Tỷ lệ tuyệt chủng: > 200: 1
Phạm vi suy giảm: 0.5% -95%
Ngưỡng Thiệt hại: > 5J / cm²@1064nm, 20ns, 20Hz
Trọng lượng: 

Mục No .: ATTN-10600-WC-V1
Bước sóng: 10.6μm
Khẩu độ rõ ràng: Lên đến 19mm (Có thể tùy chỉnh)
Phạm vi truyền: 10 - 90%
Ngưỡng Thiệt hại: 1MW/cm^²
Nghị quyết: 5%

Bảng 12: Wavelength Opto-Electronic Bộ suy giảm tia laser

3.CO₂ Ứng dụng Quang học Laser

Tầm quan trọng của quang học laser CO2 nằm ở khả năng tối ưu hóa chất lượng chùm tia, kiểm soát các thông số chùm tia và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống. Quang học chất lượng cao đảm bảo tổn thất tối thiểu, giảm độ phân kỳ chùm tia và cải thiện khả năng hội tụ, cuối cùng dẫn đến tăng hiệu quả quy trình, giảm thời gian ngừng hoạt động và chất lượng đầu ra cao hơn. Quang học laser CO2 _được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng nhờ khả năng tạo ra các chùm tia laser công suất cao với độ chính xác tuyệt vời. Một số ứng dụng đáng chú ý bao gồm:

3.1 Gia công vật liệu

Laser CO2 được sử dụng rộng rãi để cắt, khắc, đánh dấu và hàn nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ và gốm sứ _. Hệ thống quang học chất lượng cao đảm bảo khả năng lấy nét chính xác, kiểm soát hình dạng chùm tia và nâng cao hiệu quả quy trình.

3.2 Y tế

_Laser CO2 được sử dụng trong các thủ thuật phẫu thuật, da liễu và nhãn khoa nhờ khả năng cắt bỏ mô chính xác. Hệ thống quang học cho phép các bác sĩ phẫu thuật truyền năng lượng laser được kiểm soát cao cho các thủ thuật như tái tạo bề mặt da, loại bỏ khối u và phẫu thuật mắt.

3.3 Nghiên cứu khoa học

Laser CO2 là công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong các lĩnh vực như quang phổ, giám sát khí quyển và gia tốc hạt. Hệ thống quang học cho phép kiểm soát, căn chỉnh và điều khiển chùm tia một cách chính xác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu thập và phân tích dữ liệu chính xác_.

4. Phần kết luận

Hệ thống quang học laser CO2 là thành phần không thể thiếu để khai thác tối đa tiềm năng của hệ thống laser CO2 _{trong nhiều} ngành công nghiệp khác nhau. Thông qua việc lựa chọn và triển khai cẩn thận các gương, thấu kính, cửa sổ, bộ chia chùm tia và bộ suy giảm, các hệ thống quang học này cho phép kiểm soát, thao tác và truyền tải chính xác các chùm tia laser công suất cao. Khi công nghệ phát triển, những tiến bộ hơn nữa trong lĩnh vực quang học laser CO2 _được kỳ vọng sẽ mở ra những khả năng mới để nâng cao độ chính xác, hiệu quả và sự đổi mới trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Nhìn chung, CO₂ quang học laser là một thành phần quan trọng của CO₂ laze. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền và tập trung chùm tia laze, điều này cuối cùng quyết định hiệu suất của tia laze. Với sự chăm sóc và bảo dưỡng thích hợp, CO₂ quang học laser có thể cung cấp nhiều năm dịch vụ đáng tin cậy. Wavelength Opto-Electronic thiết kế và sản xuất CO khác nhau₂ quang học laser như CO₂ ống kính laser và CO₂ gương laze cho CO của bạn₂ hệ thống laze.