TÆKNI TIL TÆKNI TIL LIÐUR LASER
Trefjar leysir hafa fundið vinnslu og rannsóknar sess þar sem Nd: YAG leysir eru of dýrir eða hafa geisla eiginleika sem eru óæskilegir (td stór M2 gildi). Notendur trefjar leysir geta haft áhyggjur af skiptanleika núverandi framboðs þeirra á sjóníhlutum eða hvernig á að tilgreina nýja ljósfræði. Þessi grein fjallar um slík áhyggjuefni og dregur fram hvaða einkenni ber að tilgreina sérstaklega vandlega.
Trefjar leysir eru að hasla sér völl í ýmsum forritum eins og borun, suðu, filmu klipping, leysimerki og nákvæmri örvinnslu. Rannsóknarfræðingum finnst þeim líka mjög gagnlegt sem heimildir vegna lítilla fótspora þeirra og lágt M2 gildi. Árangur trefjar leysir byggist á sérstakri samsetningu þeirra geislaeiginleika sem ekki eru fáanlegir frá öðrum aðilum á sama bylgjulengdarsviðinu: valfrjáls CW eða púlsaðgerð, skautunarstýring (handahófi, línuleg eða hringlaga), þröngt litrófsbandbreidd og TEM00 M2 gildi nálgast 1 Með slíkri endurbætur á M2 miðað við Nd: YAG leysir er hægt að gera verulega hærri styrkþéttleika að veruleika. Þéttari einbeittir geislar eru mögulegir, sem leiðir til skarpari mynda til merkingar og fínni skera fyrir örgjörvun. Einnig er hægt að auka vinnufjarlægðir við framleiðslu. Þannig er markaðurinn að búast við vaxandi eftirspurn í sérstökum sjón-íhlutum sem hannaðir eru til trefjar leysir.
1 Áhrif gæði geisla
Val á íhlutum er undir miklum áhrifum af miklum kraftþéttleika sem hægt er með trefjar leysir. Ljósholið á trefjar leysir er trefjar kjarninn sem hægt er að hanna til að lágmarka fjölda stillinga og þannig gera framleiðendum kleift að framleiða leysir með M2 = 1.05. M2 er hlutfall Multimode þvermál-fráviks vara geislaljóssins og ákjósanlegs dreifingar takmarkaðs (TEM00) geislaþvermál-fráviks vara:
Þar sem is0 er frávik geisla í milliradíum og w0 er breidd úttaks geisla mittis (ef geislinn er hringlaga, þá er hægt að skipta um w0 með þvermál geisla d0). Eða til að ná fram þungamiðjuþvermál d0:
Mynd 1 sýnir breytur sem notaðar eru í jöfnu (2). Framleiðendur trefjar leysir veita venjulega geisla afhendingarhaus með samanlagðan framleiðsla á milli 5mm og 20mm í þvermál (D0). Útreikningar sýna að fræðilegur brennivíddarþvermál d0 um 10μm er unnt með 19 mm brennivíddarlinsu. Þess vegna, fyrir 50W trefjar leysir við 1075nm, einbeitir geislinn pakkningum gríðarlega sjónstyrk
Fleiri samsetningar eru gefnar í töflu 1. Þó að ljóssjónaukastýri geisla sjái aldrei fullkomlega fókusaðan stað er öryggisstuðull sem hönnuður verkfræðingur vill taka tillit til; þessir háu, dreifðu takmarkaða aflþéttleiki getur haft áhrif á sjónhluta meðan á röðun stendur.
Fyrir litlu orku pulsed trefjar leysir og meðal svið CW leysir (af stærðargráðunni 1-5W meðalstyrkur), N-BK7 gler frá Schott chott.de) er hentugur og ódýr undirlagsefni fyrir bæði endurskins og sendandi ljósfræði þar sem orkan við ljósflötinn er <50mw> N-BK7 er borosilikat kóróna sjóngler með mikla einsleitni og mikla sendingu í sýnilegu og nær innrauðu. Hægt er að nota and-speglun (AR) húðun á glugga, linsur og endurskinsmerki til að auka heildarskiptinguna í gegnum íhlutinn. Við þessa orku er hægt að nota annaðhvort þröngt band („V“ -húðun) AR húðun eða fjöllaga breiðband AR húðun til að draga úr endurspeglun á yfirborði frá um það bil 4% til <0,25% á="" einni="" bylgjulengd="" eða=""><0,5% yfir="" bandvídd="" af="" 250-400nm="" fyrir="" stillanlegt="" leysikerfi="" (sjá="" mynd="">
Þrönnuð „V“ -húðir eru fjöllaga (venjulega tveggja laga) dielectric andspeglun húðun sem ná fræðilegum lágmarks endurskinsmyndum við þröngt bylgjulengdarsvið. Endurspeglun hækkar hratt hvorum megin við þetta lágmark og gefur því „V“ lögun í endurspeglun á móti bylgjulengdarlínunni. Bandarískir framleiðendur nota venjulega hugtökin „V-frakki“ eða „laserline“ til að aðgreina þessa lag frá breiðbandi AR-framboðum.
Annar efnislegur valkostur til notkunar með 1-5W trefjar leysirunum er N-SF11 gler frá Schott sem er með brotstuðul n = 1.754 við 1060 nm, hærri en N-BK7 (1.507). Þetta veitir sveigjanleika ef þörf er á linsu með stuttri brennivídd fyrir forritið. Vegna þess að bæði N-SF11 og N-BK7 hafa hitauppstreymisstuðla á 8 × 10-6 / ° C sviðinu er blandað kísil valið val á undirlagsefni ef hitastöðugleiki er mikilvægur. Bráð kísil er hitastækkunarstuðull sem er aðeins 0,57 × 10-6 / ° C, stærðargráðu stöðugri en önnur sjónefni. Framleiðendur trefjar leysir mæla með samruna kísil til að senda frá sér ljósleiðara til notkunar með ljósleiðaranotkun sem er meiri en 50W. Til dæmis, Southampton Photonics, Inc. pioptics.com) mælir eindregið með notkun á kísil sem er sameinuð við trefjarlaser forrit þar sem það er verulega hærri þröskuldur á leysir. Það hefur svipaðan flutningareiginleika og N-BK7 frá 500-2000nm, en er stöðugri hitastig og hefur hærri tjónamörk fyrir bæði púls og CW kerfi. IPG Photonics pgphotonics.com) mælir með IR bekk sameinuðu kísil fyrir trefjar leysir sem eru metnir yfir 1 kW. Aftur er hægt að nota AR húðun til að draga úr endurskini á yfirborði, en fyrir meiri orku er best að nota aðeins fjögurra laga „V“ húðun AR húðun, sem standast allt að 1MW / cm2 eða meira.
2 linsur
Í vissum forritum, svo sem myndgreining á sjóngildrum, er mikilvægt að viðhalda myndgæðum um geislabrautina. Þrátt fyrir að singlet linsur, í annað hvort samruna kísil eða N-BK7 efni, séu hentugar fyrir einfaldar stýribúnaðartæki, geta tvöföldu eða þrískipta plana linsur verið hentugri til að lágmarka sendar villur á bylgjulengdum. Þessar linsur eru hannaðar til að lágmarka tvær einlita villur á ölduhliðinni sem kallast kúlulaga frávik og dá. Kúlulaga frávik er axial samhverft og kemur fram þegar geislað geislar fara um ytri svæði linsunnar fókusera í annarri fjarlægð frá linsunni en geislar sem fara um miðsvæðið. Coma er ósamhverf röskun á bylgjulengd frá ásnum sem eykst línulega með akurhorni eða fjarlægð frá aðalás. Samanlagt trufla þessar frávik bylgjulengdina í gegnum linsuna og valda því að þungamiðjan verður óreglulega lagaður og / eða óskýr.
Hönnunar á tvöföldu og þríburi linsu geta nýtt undirlagsefnin sem áður voru talin upp eða önnur efni, allt eftir sérstökum hönnunarviðmiðum. Þeir eru fínstilltir fyrir eina bylgjulengd og eru venjulega með loftdreifingu til að lágmarka frekari röskun á bylgju sem framkallað er af sementi milli glerflata. Loftrýmisþættirnir gera það einnig kleift að auka sveigjanleika í hönnun vegna þess að aðliggjandi yfirborð þurfa ekki að hafa samsvarandi bogar. Í staðinn er hægt að fínstilla hvert fjögurra til sex yfirborðið sjálfstætt til að lágmarka dá og kúlulaga frávik í gegnum linsusamstæðuna. Forðast skal sementaðar linsusamsetningar til að hámarka heildar tjónamörk og líftíma íhlutarinnar.
3 þröngur litróf bandvídd
Bylgjulengdarsvið trefjar leysir er ákvarðað af dæluskipulagi framleiðandans og dópefnunum sem notuð eru í virka trefjar leysirholinu. Dæmigert bylgjulengd svið eru: 780-800nm fyrir erbium dóp,
1030-1120nm fyrir ytterbium, 1530-1600nm fyrir erbium-ytterbium, og 1800-2100nm fyrir thulium. Bandbreidd trefjar leysir er venjulega skilgreind með Bragg trefjum úr trefjum. Framleiðendur trefjar leysir munu tilgreina svið, þar sem notandi getur valið ákveðna bylgjulengd. Raunveruleg bandbreidd hvers leysis er aðeins 1-2nm. Þetta gæti verið mikilvægt smáatriði þegar valið er íhluti eins og bylgjuplötur með hærri röð sem virka aðeins á réttan hátt með þröngum bandbreidd.
4 Polarization Optics
Bandbreidd og orkuþéttleiki eru mikilvægustu eiginleikar geislanna sem þarf að vita þegar valið er á milli ýmissa skauta og bylgjupalla. Línuleg fjölliðu fjölliða eru ekki ætluð til notkunar við orku sem er meiri en 1W / cm2. Sementaðir teninga polarizers eru fáanlegir bæði í þröngum bandi og breiðbandshönnuðum en skemmdum viðmiðunarmörk eru takmörkuð við innra epoxýið. Þrátt fyrir að nokkur sjónsement þoli að sögn 500W / cm2 leysiraflsþéttleika, þá mæla framleiðendur trefjarlaser með því að forðast sementta ljósleiðara fyrir trefjarlasera sem eru metnir yfir 50W. Yfir þessu stigi er nauðsynlegt að skipta yfir í loftskipta eða ljósfræðilega snertingu pólariserandi teninga, sem venjulega ræður við meira en 1 MW / cm2 af CW leysiljósi.
Fyrir margra röð kristal kvars bylgjuplata nálægt 1mm þykkt, 2nm breytileiki í bylgjulengd getur skipt máli milli framúrskarandi bylgjuplötu og óviðunandi hluta. 1 mm þykkt λ / 4 bylgjuplata sem er hönnuð fyrir 1082nm væri í raun 0,23λ bylgjuplata við 1084nm, eða λ / 50 slökkt. Að öðrum kosti, efnasamband með núllröðunarbylgju, hannað fyrir sömu tvær bylgjulengdir, myndi breyta þroska milli tveggja með <λ 1000="" öldum,="" sem="" er="" vel="" innan="" dæmigerðra=""> Núllbylgjupallar virka mjög vel yfir 40-70nm frá hönnunarbylgjulengdinni og henta vel fyrir stilla laserkerfi sem og þeirra sem eru með bandlínur bandlengdar> 1nm (sjá mynd 3).
5 speglar
Hefðbundnir íhlutir - þ.e. núverandi húðhönnun - fyrir aðrar leysilínur passa kannski ekki nógu vel við nýju bylgjulengdina og aflgjafa trefjarinnar til að ná sem bestum árangri. Fyrir mjög litla orkukerfi geta hlífðar málmspeglun húðun eins og gull, ál og silfur verið hentugir kostir fyrir tiltekin forrit þar sem ekki er krafist 100% endurspeglunar. Þau eru aðgengileg og ódýr. En jafnvel með hlífðarlögunum eru málmhúðun mjúk og verða að lokum rispuð eða tærð ef ekki er meðhöndluð á réttan hátt. Að öðrum kosti eru fjöllaga rafspeglar harðhúðaðir, endingargóðir og mjög hugsandi við annað hvort venjulega tíðni eða 45 ° (sjá mynd 4). Þeir hafa tjónamörk sem fara yfir 20J / cm2 í 10-20ns púlskerfum og því ættu þeir ekki að rýra eða verða fyrir tjóni þegar þeir eru notaðir í annað hvort púls eða CW trefjar leysir uppsetningar. Þó að það sé ekki sérstaklega breiðband, þá er rafstöðuspegill sem er hannaður fyrir 1064nm Nd: YAG kerfin munu enn endurspegla> 99% við 1075nm eða 1080nm.
6 Niðurstaða
CVI hefur kynnt nýja línu af speglum sem sérstaklega eru hannaðir til notkunar með trefjarlaseriskerfi. Að auki hefur CVI bætt við algengustu trefjar leysibylgjulengdirnar við núverandi vörulínur, þar með talið AR húðun fyrir miðlunarleiðara, svo sem bylgjupallar, linsur og glugga, svo og endurskinshúðun fyrir geislalitara, endurskinsmerki, framleiðslutengi og spegla.
Framleiðendur trefjar leysir halda áfram að þrýsta á takmarkanir tækni sinnar, auka CW-aflið og púlsaða orku sem er fáanleg í atvinnuskyni. Framúrskarandi geisla gæði ásamt meiri orku munu halda áfram að setja auknar kröfur um sjóníhlutana sem notaðir eru í þessum kerfum. Helstu forskriftir fyrir þessa íhluti munu innihalda undirlagsefni, skemmdum þröskuld og yfirborðsgæði.
