Optiset laserlinssit: tyypit, sovellukset ja työperiaatteet

Optinen laserlinssi on keskeinen rooli erilaisissa laserpohjaisissa järjestelmissä. Ne on suunniteltu manipuloimaan lasersäteitä, olipa kyse sitten keskittymisestä, kollimointiin tai niiden muotoiluun tiettyihin sovelluksiin. Näiden linssien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten korkea tarkkuus ja kyky käsitellä korkean energian lasersäteitä, tekevät niistä välttämättömiä komponentteja nykyaikaisessa tekniikassa.

Optisten laserlinssien tyypit

Pallomaiset linssit

Ominaisuudet: Pallomalaisille linsseille on ominaista niiden taitevoima ja niiden linssipintojen kaarevuus. Riippuen siitä, onko linssi kupera vai kovera, ne voivat lähentyä tai poikkeaa kevyet. Esimerkiksi Plano - kupera pallomainen linssi on paksumpi keskellä ja voi keskittyä kollimoidun lasersäteen pisteeseen.

Sovellukset: Niitä käytetään yleisesti laserkeskuksen perussovelluksissa, kuten yksinkertaisissa laserleikkaus- tai merkintäjärjestelmissä, joissa vaaditaan lasersäteen suhteellisen peruskeskittymä.

Asfääriset linssit

Ominaisuudet: Asfääriset linssit on suunniteltu korjaamaan poikkeamat. Monokromaattisessa valossa ne voivat käsitellä ongelmia, kuten kuvan terävyysvirheitä ja vääristymiä. Niitä käytetään usein, kun tarvitaan lasersäteen tarkempi keskittyminen, koska ne voivat vähentää pallomaisen poikkeavuuden merkittävästi pallomaisten linssien verrattuna.

Sovellukset: Tyypillinen sovellus on kollimoitun säteen keskittyminen optiseen kuituun. Kuitujen optisissa viestintäjärjestelmissä asfääriset linssit auttavat kytkemässä laservaloa tehokkaasti kuituun varmistaen signaalin minimaalisen menetyksen.

Lieriömäinen linssit
​
Ominaisuudet: Sylinterimäiset linssit, joita on saatavana pyöreinä ja suorakaiteen muotoisina muodoissa, on suunniteltu luomaan viivoja tai säteen laajennuksia yhteen suuntaan. Plano - kovera ja plano - kupera lieriömäiset linssit voivat muuttaa lasersäteen muotoa. Esimerkiksi Plano - kupera lieriömäinen linssi voi muuttaa pyöreän lasersäteen viivamuotoiseksi säteen.

Sovellukset: Niitä käytetään laajasti sovelluksissa, joissa vaaditaan viivamuotoinen lasersäte, kuten viivakoodilukijoiden laserskannauksessa tai joissakin materiaalinkäsittelytekniikoissa, joissa tarvitaan pitkä, kapea lasersäde tiettyyn suuntaan leikkaamiseen tai kaiverrukseen.

Axicon -linssit

Ominaisuudet: Axxon -linsseillä, jotka tunnetaan myös nimellä kartiomaiset linssit tai kiertävän symmetriset prismat, on kartiomainen pinta kaarevan, kuten perinteisten linssien, sijasta. Tyypillisellä axicon -linssillä on plano -kupera muoto. Niitä käytetään muuntamaan kollimoitu lasersäde renkaaseen - muotoiseksi pisteeksi tai polttolinjaksi.

Sovellukset: Joissakin lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten tietyntyyppisissä laserpohjaisissa kirurgisissa toimenpiteissä, Axxon -linssejä voidaan käyttää tiettyyn laserenergian toimittamisen mallin luomiseen. Niitä käytetään myös joissakin tieteellisissä tutkimusasetuksissa ainutlaatuisten valonkuvioiden luomiseksi.

Powell -linssit

Ominaisuudet: Powell -linssit ovat erikoistuneita linssejä, joita käytetään muuntamaan kollimoidut lasersäteet Gaussin intensiteetin jakautumisella suoriksi, tasaisille viivoiksi. Verrattuna tavanomaisiin lieriömäisiin linsseihin, jotka tuottavat lasersäteviivoja, joilla on Gaussin intensiteettiprofiilit, Powell -linssit tuottavat laserlinjoja, joiden energian jakautuminen on paljon yhtenäisempi laserviivoissa.

Sovellukset: Niitä käytetään usein teollisissa sovelluksissa, kuten lasermittaus, jossa tarkkoihin mittauksiin tarvitaan erittäin tasainen viiva - muotoinen lasersäte.

Optisen laserlinssien työperiaatteet

Keskittyminen ja kollimointi

Keskittyminen: Kun lasersäde kulkee tarkennuslinssin, kuten plano -kuperan linssin, läpi, linssi taipuu valonsäteitä kohti keskipistettä. Linssin polttoväli määritetään tekijöillä, kuten syöttölasersäteen koko, haluttu pistekoko ja vaadittava tarkennussyvyys. Esimerkiksi laserleikkauslaitteessa tarkennuslinssiä käytetään lasersäteen keskittämiseen pieneen pisteeseen, mikä lisää energiatiheyttä siinä vaiheessa, jotta materiaalin läpi voidaan leikata tehokkaasti.

Kollimointi: Toisaalta kollimoivaa linssiä käytetään muuttamaan erilainen lasersäde lähteestä yhdensuuntaiseksi tai kollimoituksi säteen. Kollimoivan linssin polttoväli voidaan määrittää laservaikutuskulman (FWHM - koko leveyden korkeintaan) ja vaaditun lasersäteen halkaisijan perusteella. Laserosoittimessa kollimoivaa linssiä käytetään lasersäteen kulkemiseen suorassa linjassa pidemmän matkan aikana.

Säteen muotoilu

Linjan sukupolvi: Laser -linjageneraattori -linssejä, kuten Powell -linssejä tai lieriömäisiä linssejä, käytetään muuntamaan kollimoitu lasersäte linjaksi. Prosessiin sisältyy lasersäteen taivuttaminen yhteen suuntaan viivan muotoisen tulosteen luomiseksi. Esimerkiksi laserpohjaisessa tasoitustyökalussa linja -generaattorilinssiä käytetään suoran laserviivan projisointiin pintaan, jota voidaan käyttää kohdistustarkoituksiin.

Renkaan sukupolvi: Axxon -linssejä käytetään renkaan muodonmuotoisen lasersäteen tuottamiseen. Axxon -objektiivin kartiomainen pinta aiheuttaa lasersäteen ohjaamisen tavalla, joka muodostaa renkaan muotoisen kuvion tietyllä etäisyydellä linssistä. Tämä voi olla hyödyllistä sovelluksissa, joissa tarvitaan rengasmuotoinen laserenergian jakautuminen, kuten joissain fysiikan optisissa ansaskokeissa.

Optisten laserlinssien sovellukset

Materiaalikäsittely

Leikkaus ja hitsaus: Laserleikkaus- ja hitsaussovelluksissa optisia laserlinssejä käytetään lasersäteen keskittämiseen korkean energian tiheyspisteeseen. Korkean tehon laserlinssit, jotka on usein valmistettu materiaaleista, kuten sinkkiselenidi (ZnSE) co₂ -lasereille, kykenevät kestämään korkean energian tasot. Esimerkiksi autoteollisuudessa laserlinssejä käytetään leikkaamaan ja hitsaamaan metalliosia, joilla on erittäin tarkkuus.

Merkitys ja kaiverrus: Lasermerkinnät ja kaiverrusjärjestelmät käyttävät linssejä lasersäteen keskittämiseen materiaalin pintaan. Linssi mahdollistaa pinnalla olevan laserenergian tarkan hallinnan, jota käytetään merkkien tai kaiverrusten luomiseen. Erityyppisiä linssejä voidaan käyttää merkitsevästä materiaalista ja halutusta merkin laadusta.

Lääketieteelliset sovellukset

Leikkaus: Laser -avustetuissa kirurgisissa toimenpiteissä optisia laserlinssejä käytetään ohjaamaan ja keskittämään lasersätettä tarkasti. Esimerkiksi oftalmisessa leikkauksessa linssejä käytetään lasersäteen keskittymiseen näköongelmien korjaamiseksi. Linssien on oltava korkealaatuisia, jotta varmistetaan laserenergian tarkka toimitus kohdekudokseen.

Diagnostiikka: Joissakin lääketieteellisissä diagnostisissa laitteissa laserlinssejä käytetään laservalon ohjaamiseen biologisiin näytteisiin. Heijastettu tai lähetetty valo voidaan sitten analysoida näytteen tiedon saamiseksi. Esimerkiksi fluoresenssipohjaisissa diagnoositekniikoissa linssejä käytetään herätyslaservalon keskittymiseen näytteeseen ja keräämään emittoidun fluoresoivan valon.

Tieteellinen tutkimus

Optinen tarttuminen: Optisissa tarttumiskokeissa käytetään ainutlaatuisia lasersäteen kuvioiden luomiseen Axxon -linssejä ja muita erikoistuneita linssejä. Näitä kuvioita voidaan käyttää pienten hiukkasten, kuten solujen tai nanohiukkasten, ansaan ja manipulointiin niiden ominaisuuksien tutkimiseksi.

Spektroskopia: Laser -linssejä käytetään spektroskopian asetuksissa lasersäteen ohjaamiseksi näytteelle ja keräämään näytteen lähettämä tai absorboinut valo. Erityyppisiä linssejä käytetään erityisestä spektroskooppisesta tekniikasta, kuten Raman -spektroskopiasta tai absorptiospektroskopiasta.

Oikean optisen laserlinssin valitseminen

Kun valitset optisen laserlinssin, on otettava huomioon useita tekijöitä:

Aallonpituuden yhteensopivuus

Eri laserit toimivat eri aallonpituuksilla. Esimerkiksi co₂ -laserit toimivat tyypillisesti 10,6 μm: n nopeudella, kun taas ND: YAG -laserit toimivat 1,064 μm: n nopeudella. Linssimateriaalin ja pinnoitteen on oltava yhteensopiva laseraallonpituuden kanssa. Esimerkiksi sinkkiselenidistä (ZNSE) valmistetut linssit soveltuvat co₂ -lasereille, kun taas sulautuneesta piidioksidista valmistettuja linssejä käytetään usein näkyvissä ja lähellä - infrapunalasereissa.

Laservoima ja energia

Korkeat teholaserit vaativat linssejä, jotka kestävät korkean energian tasoa ilman vaurioita. Linssimateriaalilla ja pinnoitteella tulisi olla korkea laservauriokynnys. Korkean tehon laserleikkaussovelluksissa linssit, joilla on suuret vahinkokynnykset, ovat välttämättömiä pitkän ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Sovellus - Erityiset vaatimukset

Sovelluksesta, kuten keskittyminen, kollimointi tai säteen muotoilu, on valittava asianmukainen linssityyppi. Esimerkiksi, jos viiva -muotoinen lasersäde tarvitaan mittauskäyttöön, lieriömäinen tai Powell -objektiivi olisi oikea valinta.

Eri optisten laserlinssien vertailu

Johtopäätös

Optiset laserlinssit ovat välttämättömiä komponentteja monissa sovelluksissa materiaalien käsittelystä lääketieteelliseen ja tieteelliseen tutkimukseen. Erityyppiset linssit, joilla jokaisella on ainutlaatuiset ominaisuudet ja työperiaatteet, tarjoavat erilaisia ​​tapoja manipuloida lasersäteitä. Tarkastelemalla huolellisesti tekijöitä, kuten aallonpituuden yhteensopivuus, laservoima ja sovelluskohtaiset vaatimukset, oikea optinen laserlinssi voidaan valita optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi missä tahansa laserpohjaisessa järjestelmässä. Teknologian etenemisen myötä myös optisten laserlinssien suunnittelu ja suorituskyky todennäköisesti paranevat, mikä mahdollistaa tulevaisuudessa entistä tarkempia ja tehokkaampia lasersovelluksia.