Optické laserové šošovky: typy, aplikácie a pracovné princípy

Optická laserová šošovka Hrajte kľúčovú úlohu v rôznych laserových systémoch. Sú navrhnuté tak, aby manipulovali s laserovými lúčmi, či už ide o ich zameranie, kolimačné alebo formovanie pre konkrétne aplikácie. Unikátne vlastnosti týchto šošoviek, ako napríklad vysoká presnosť a schopnosť zvládnuť vysoko energetické laserové lúče, z nich robia základné komponenty v moderných technológiách.

Typy optických laserových šošoviek

Sférické šošovky

Charakteristiky: Sférické šošovky sa vyznačujú ich refrakčnou silou a zakrivením povrchov šošoviek. V závislosti od toho, či je šošovka konvexná alebo konkávna, môžu zbližovať alebo odlišovať ľahké lúče. Napríklad Plano - konvexná sférická šošovka je v strede hrubšia a môže zaostriť kolimovaný laserový lúč do bodu.

Aplikácie: Bežne sa používajú v základných aplikáciách zameraných na laserové zaostrenie, napríklad v jednoduchých rezacích alebo označovacích systémoch, kde sa vyžaduje relatívne základné zaostrenie laserového lúča.

Asférické šošovky

Charakteristiky: Asférické šošovky sú navrhnuté tak, aby opravili aberácie. V monochromatickom svetle môžu riešiť problémy, ako sú chyby ostrosti obrazu a skreslenie. Často sa používajú, keď je potrebné presnejšie zaostrenie laserového lúča, pretože v porovnaní s sférickými šošovkami môžu významne znížiť sférickú aberáciu.

Aplikácie: Typickou aplikáciou je zameranie kolimovaného lúča na optické vlákno. V systémoch vlákniny a optických komunikácií pomáhajú asférické šošovky efektívne spájať laserové svetlo do vlákna, čím zabezpečujú minimálnu stratu signálu.

Valcové šošovky
​
Charakteristiky: Valcovité šošovky, ktoré sú k dispozícii v okrúhlych a obdĺžnikových formách, sú navrhnuté tak, aby vytvárali čiary alebo rozširovanie lúčov v jednom smere. Plano - konkávne a plano - konvexné valcové šošovky môžu zmeniť tvar laserového lúča. Napríklad plano - konvexná valcová šošovka môže transformovať kruhový laserový lúč do lúča v tvare čiary.

Aplikácie: Všeobecne sa používajú v aplikáciách, kde je potrebný laserový lúč v tvare čiary, napríklad v laserovom skenovaní pre čítačky čiarových kódov alebo v niektorých technikách spracovania materiálu, kde je potrebný dlhý úzky laserový lúč na rezanie alebo rytie v konkrétnom smere.

Axikónové šošovky

Charakteristiky: Axikónové šošovky, známe tiež ako kužeľové šošovky alebo rotačne symetrické hranoly, majú kónický povrch namiesto zakriveného ako tradičné šošovky. Typická axikónová šošovka má plano - konvexný tvar. Používajú sa na premenu kolimovaného laserového lúča na bod v tvare krúžku alebo ohniskovú čiaru.

Aplikácie: V niektorých lekárskych aplikáciách, napríklad v určitých typoch chirurgických zákrokov založených na laseroch, sa môžu axikónové šošovky použiť na vytvorenie špecifického vzoru dodávania laserovej energie. Používajú sa tiež v niektorých nastaveniach vedeckého výskumu na vytváranie jedinečných svetelných vzorov.

Šošovky

Charakteristiky: Powell šošovky sú špecializované šošovky používané na premenu kolimovaných laserových lúčov s gaussovskou intenzitou rozdelenia na rovné, rovnomerné čiary. V porovnaní so štandardnými valcovými šošovkami, ktoré produkujú línie laserových lúčov s gaussovskými profilmi intenzity, Genery Laser Linces s oveľa rovnomernejším distribúciou energie cez laserové čiary.

Aplikácie: Často sa používajú v priemyselných aplikáciách, ako je laserové rozmery, kde na presné merania je potrebný vysoko rovnomerný laserový lúč v tvare čiary.

Pracovné princípy optických laserových šošoviek

Zaostrenie a kolimovanie

Zaostrenie: Keď laserový lúč prechádza zaostrovacou šošovkou, napríklad plano -konvexnou šošovkou, šošovka ohýba svetelné lúče smerom k ohniskovému bodu. Ohnisková vzdialenosť šošovky je určená faktormi, ako je veľkosť vstupného laserového lúča, požadovaná veľkosť škvrny a požadovaná hĺbka zaostrenia. Napríklad v laserovom reznom stroji sa zaostrovacia šošovka používa na koncentráciu laserového lúča na malé miesto, čím sa v tomto bode zvyšuje hustota energie, aby sa efektívne prerezal materiálom.

Kolimovanie: Na druhej strane kolimačná šošovka sa používa na premenu odlišného laserového lúča zo zdroja na paralelný alebo kolimovaný lúč. Ohniskovú vzdialenosť kolimačného šošovky sa dá určiť na základe uhla laserového divergencie (FWHM - plná šírka pri maximum polovičnej) a požadovaného priemeru laserového lúča. V laserovom ukazovatele sa kolimačná šošovka používa na to, aby sa laserový lúč cestoval v priamej čiare na dlhšiu vzdialenosť.

Tvarovanie lúča

Generovanie riadku: Šošovky generátora laserovej čiary, ako sú šošovky Powell alebo valcové šošovky, sa používajú na premenu kolimovaného laserového lúča na čiaru. Proces zahŕňa ohýbanie laserového lúča v jednom smere, aby sa vytvoril výstup v tvare čiary. Napríklad v laserovom vyrovnanom nástroji sa používa šošovka čiary - generátor na premietanie priamej laserovej čiary na povrch, ktorá sa môže použiť na účely zarovnania.

Generovanie krúžkov: Axické šošovky sa používajú na generovanie laserového lúča v tvare krúžku. Kuchársky povrch axikónovej šošovky spôsobuje, že laserový lúč sa presmeruje spôsobom, ktorý tvorí vzor v tvare krúžku v určitej vzdialenosti od objektívu. To môže byť užitočné v aplikáciách, kde je potrebná distribúcia laserovej energie v tvare krúžku, napríklad v niektorých experimentoch s optickým zachytením vo fyzike.

Aplikácie optických laserových šošoviek

Spracovanie materiálu

Rezanie a zváranie: V aplikáciách laserového rezania a zvárania sa optické laserové šošovky používajú na zaostrenie laserového lúča na miesto s vysokou hustotou energie. Vysoko výkonné laserové šošovky, často vyrobené z materiálov ako zinok selenid (ZNSE) pre lasery, sú schopné vydržať vysoké hladiny energie. Napríklad v automobilovom priemysle sa laserové šošovky používajú na rezanie a zvarové kovové diely s vysokou presnosťou.

Značenie a rytie: Systémy laserového označovania a gravírovania používajú šošovky na zaostrenie laserového lúča na povrch materiálu. Šošovka umožňuje presnú kontrolu laserovej energie na povrchu, ktorá sa používa na vytváranie značiek alebo rytín. Rôzne typy šošoviek sa môžu použiť v závislosti od značenia materiálu a požadovanej kvality značky.

Lekárske aplikácie

Chirurgia: V chirurgických zákrokoch s pomocou laserom sa optické laserové šošovky používajú na presné usmernenie a zaostrenie laserového lúča. Napríklad pri oftalmickom chirurgii sa šošovky používajú na zaostrenie laserového lúča na opravu problémov s zrakom. Šošovky musia mať vysokú kvalitu, aby sa zabezpečilo presné dodávanie laserovej energie do cieľového tkaniva.

Diagnostika: V niektorých lekárskych diagnostických zariadeniach sa laserové šošovky používajú na nasmerovanie laserového svetla na biologické vzorky. Odrazené alebo prenášané svetlo sa potom dá analyzovať, aby sa získalo informácie o vzorke. Napríklad pri diagnostických technikách založených na fluorescencii sa šošovky používajú na zaostrenie excitačného laserového svetla na vzorku a na zhromažďovanie emitovaného fluorescenčného svetla.

Vedecký výskum

Optické zachytenie: V experimentoch optického zachytenia sa axikónové šošovky a ďalšie špecializované šošovky používajú na vytvorenie jedinečných vzorov laserového lúča. Tieto vzorce sa môžu použiť na zachytenie a manipuláciu s malými časticami, ako sú bunky alebo nanočastice, na štúdium ich vlastností.

Spektroskopia: Laserové šošovky sa používajú v nastaveniach spektroskopie na nasmerovanie laserového lúča na vzorku a na zhromažďovanie svetla emitovaného alebo absorbovaného vzorkou. Používajú sa rôzne typy šošoviek v závislosti od špecifickej spektroskopickej techniky, ako je Ramanova spektroskopia alebo absorpčná spektroskopia.

Výber správneho optického laserového šošovky

Pri výbere optickej laserovej šošovky je potrebné zvážiť niekoľko faktorov:

Kompatibilita

Rôzne lasery pracujú pri rôznych vlnových dĺžkach. Napríklad lasery CO₂ zvyčajne pracujú pri 10,6 μm, zatiaľ čo ND: YAG lasery pracujú pri 1,064 μm. Materiál šošovky a povlaky musia byť kompatibilné s laserovou vlnovou dĺžkou. Napríklad šošovky vyrobené zo zinku Selenid (ZNSE) sú vhodné pre lasery, zatiaľ čo šošovky vyrobené z fúzovaného oxidu kremičitého sa často používajú na viditeľné a takmer - infračervené lasery.

Laserová sila a energia

Vysoko výkonné lasery vyžadujú šošovky, ktoré bez poškodenia vydržia vysokú hladinu energie. Materiál šošovky a povlaky by mali mať vysoký prah poškodenia laserom. V aplikáciách s vysokým výkonom laserom sú šošovky s prahovými hodnotami s vysokým poškodením nevyhnutné na zabezpečenie dlhodobej a spoľahlivej prevádzky.

Aplikácia - konkrétne požiadavky

V závislosti od aplikácie, ako je zaostrenie, kolimovanie alebo tvarovanie lúča, je potrebné zvoliť príslušný typ šošovky. Napríklad, ak je pre aplikáciu na zisťovanie potrebný laserový lúč v tvare čiary, valcová alebo Powell šošovka by bola tou pravou voľbou.

Porovnanie rôznych optických laserových šošoviek

Záver

Optické laserové šošovky sú základnými komponentmi v širokej škále aplikácií, od materiálneho spracovania po lekársky a vedecký výskum. Rôzne typy šošoviek, z ktorých každý má jedinečné vlastnosti a pracovné princípy, ponúkajú rôzne spôsoby manipulácie s laserovými lúčmi. Starostlivo zvážením faktorov, ako je kompatibilita vlnovej dĺžky, laserový výkon a aplikácie - Špecifické požiadavky, je možné zvoliť pravý optický laserový šošovka na zabezpečenie optimálneho výkonu v akomkoľvek systéme založenom na laseroch. Keďže technológia pokračuje v rozvíjaní, pravdepodobne sa zlepší aj dizajn a výkon optických laserových šošoviek, čo v budúcnosti umožní ešte presnejšie a efektívnejšie laserové aplikácie.