Оптические элементы для CO2 лазеров

CO2-лазер (или углекислотный ла́зер) - один из первых типов газовых лазеров (изобретен в 1964 году). Один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением. Его КПД может достигать 20 %.
Используются для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь.
Углекислотные лазеры излучают в инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 9,4 до 10,6 мкм.
 

II-VI Infrared производит широкий спектр компонентов для CO2 лазеров.
Оптика СО2 лазеров делится на три основные категории:

  • фокусирующая оптика
  • оптика транспортировки лазерного луча
  • резонаторная оптика

Фокусирующая оптика в режущей головке (в зависимости от её типа) лазерного станка включает:

  • фокусирующие линзы или
  • фокусирующие зеркала

Оптика транспортировки луча от резонатора до режущей головки включает:

  • поворотные зеркала
  • коллиматоры (телескопные системы зеркал)
  • фазовращатели
  • зеркала с нулевым фазовым сдвигом
  • оптика для поглощения Р-поляризации
  • зеркала с изменяемым радиусом кривизны

Оптика для резонатора(или внутренняя оптика) для генерации луча лазера включает:

  • конечные окна (зеркала)
  • поворотные зеркала
  • выходные окна
  • делители луча

Линзы

Выпукло-вогнутые

Плоско-выпуклые

Выпукло-вогнутые линзы разработаны для уменьшения сферической аберрации, производя минимальный размер пятна фокусировки для направленного коллимированного луча. Компания II-VI Infrared обладает обширным запасом опытных образцов и оснастки, и поэтому не увеличивает стоимость за изготовление оснастки при производстве изделий с требуемыми фокусными расстояниями.
Плоско-выпуклые линзы – самый экономичный фокусирующий элемент пропускающего типа, идеально подходят для тепловой лазерной обработки, сварки, резки и улавливания ИК-излучения в тех случаях, когда размер пятна или качество изображения не критичны. Это разумный выбор для эксплуатации в системах с ограниченным преломлением с высоким диафрагменным числом, где форма линзы не влияет на работу системы в целом.
 
 

Зеркала

Выходные и конечные окна Полупрозрачные рефлекторы

Зеркала Плоские, сферические, рефлекторы

Фазовращатели

 
 
 

Выходные и конечные окна являются ключевыми компонентами лазерных резонаторов, участтвуя в процессе генерирования лазерного излучения

Выходные окна - полупрозрачные рефлекторы с коэффициентом отражаемости-пропускаемости от (30 до 70%). Используются для вывода лазерного излучения. Изготавливаются в основном из ZnSe.

Конечные окна - полупрозрачные рефлекторы с очень высоким коэффициентом отражаемости-пропускаемости от (99.0 до 99.7%).Малая пропускная способность этих оптических элементов позволяет использовать ваттметр для измерения генерируемой мощности излучения. Изготавливаются на основе GaAs, Ge или ZnSe.

Полупрозрачные рефлекторы могут иметь радиусную кривизну поверхности и/или клинообразную форму (чтобы избежать помех от многократных отражений внутри резонатора).Так же могут быть использованы в устройствах ослабления лазерного излучения.


Плоские и сферические зеркала или полные рефлекторы используются в лазерных резонаторах в качестве поворотных зеркал и конечных окон, а помимо резонаторов, в качестве устройств отклонения луча в системах транспортировки лазерного луча.

В качестве основы, для зеркал чаще всего используют кремний (Si); его преимущества – низкая стоимость,высокая прочность и термоустойчивость.

Медь (Cu) используется для высокомощных областей применения при необходимости наличия высокой термопроводимости.

Твердая поверхность молибдена (Mo) делает данный материал идеально пригодным для самых жестких сред. Обычно компоненты из молибдена поставляются без покрытия.


Резка металла и другие ответственные технологические операции очень чувствительны к любым изменениям по ширине пропила или в поперечном разрезе. Качество ширины пропила зависит от ориентации поляризации относительно направленности резки. Согласно данной теории, допущение о том, что сфокусированный луч ударяет в рабочую поверхность детали под нормальным углом падения, верно только в самом начале процесса резки.

Как только формируется пропил, луч начинает ударять в металл под большим углом падения. Свет, будучи s-поляризованным относительно данной поверхности, отражается гораздо сильнее, нежели p-поляризованный свет, что и ведет к качественным изменениям резки. Наличие четвертьволновой (90°) фазовой пластинки на пути прохождения луча устраняет изменения по ширине пропила за счет преобразования линейной поляризации в круговую (циркулярную).

Круговая поляризация состоит из равного объема s-поляризации и p-поляризации при направленности любого луча, поэтому состав поляризации по всем осям соударения является одинаковым, и материал вырезается равномерно, вне зависимости от направления резки. Линейно поляризованный луч направлен таким образом, что плоскость поляризации составляет 45° к плоскости падения, и он попадает на фазовую пластинку отражения под углом 45° к нормальному. Отраженный луч имеет круговую поляризацию.



TRZ-рефлекторы Зеркала с нулевым фазовым сдвигом

Зеркала AFTR Оптика для поглощения Р-поляризации

Адаптивная оптика Зеркала с регулируемым радиусом (VRM)

 
 
 

В процессе транспортировки лазерного луча от резонатора до режущей головки используются несколько отклоняющих зеркал. Как правило, каждое зеркало отклоняет лазерный луч под углом 90 °, что соответствует углу падения 45 °. В этих зеркал, отражательная способность должна быть как можно выше, с тем, чтобы свести к минимуму потери мощности лазера .Кроме того, сдвиг фаз между s- и р- компонентами отраженного луча должно быть максимально низким, насколько это возможно, с тем, чтобы не искажать поляризацию лазерного луча.

Зеркала с таким покрытием устанавливается до или после 90 ° - зеркала – фазовращателя с целью уменьшения искажения фазового сдвига в системах транспортировки лазерного луча.

Характеристики TRZ-рефлекторов
R - коэф. отраженияДлина волны, μmAOI
>= 99.5%> = 99,5%1.064μm45˚
>= 80.0%> = 99,5%0.6328μm45˚

Сдвиг фазы 0˚ ± 4,0


Поглощающий тонкоплёночный отражатель (ATFR) состоит из поляризационного тонкопленочного отражающего покрытия на медной основе (Cu).

Это покрытие предназначено для использования на длине волны @10,6 мкм и угле падения 45 °и используется для отражения S-поляризации и поглощения Р-поляризации.

В процессе резания, когда материал заготовки имеет высокую отражательную способность, отражение луча от обрабатываемой детали может быть передано через систему транспортировки обратно в резонатор лазера. Это может привести к нестабильной работе резонатора и повреждению оптических элементов.

Качества зеркал с ATFR покрытием делают их идеальными оптическими элементами для предотвращения нежелательных отражений и поглощения Р-поляризованного лазерного луча при резки меди,латуни или алюминия.


Оптика VRM позволяет производить настройку фокусировки по глубине в процессе обработки материала; в этом случае скорость резки становится оптимальной. Это позволяет производителям систем подвижной оптики компенсировать изменения фокусной длины в рабочем поле.

Это особенного важно при больших размерах рабочего стола, где расхождение луча изменяется у линзы в процессе перемещения оптического пути над областью обработки. Зеркало VRM разработано для использования в случаях, когда угол падения близок к нормальному.

Многие системы лазерной резки используют 2 зеркала в качестве телескопической оптики. Телескоп состоит из одного выпуклого (СX) и одного вогнутого(CC) зеркала. Замена одного из них на зеркало VRM позволяет получить перечисленные преимущества.

Зеркала с регулируемым радиусом (VRM) изготавливаются из меди (Cu) с разнами типами оптических покрытий.



Оптические элементы для фибер лазеров

Волоконные (Фибер) лазеры — это лазеры, в которых лазерный луч в специальном волокне создается модулем накачки, состоящим из лазерных диодов после чего он направляется по оптоволоконному кабелю. Основной особенностью данной системы является то, что по кабелю передается излучение значительной мощности. Когда лазерный луч покидает волоконный кабель, он направляется через оптическую систему на материал, который должен быть разрезан
В настоящее время использование волоконных лазеров в металлообрабатывающей промышленности становится все более распространенным.

Оптические элементы системы передачи луча в волоконных лазерах

Защитные стекла для волоконных лазеров

Оптические элементы в системе волоконной передачи лазерного луча состоят из коллиматорной и фокусирующей линзы. 
Коллиматорные линзы располагаются на выходе лазерного излучения из оптического волокна на расстоянии равном ее фокусному. Лазерное излучение на выходе из волокна попадает в коллиматорную линзу, которая преобразует его в параллельный пучок.
Далее лазерное излучение попадает на фокусирующую линзу, главной ролью которой в волоконных лазерах является фокусировка энергии лазерного луча в одной точке на строго определенном расстоянии (фокусное расстояние).
Оптические линзы, применяемые в режущей головке волоконного, лазера изготовлены из кремния (Si) c нанесением специального покрытия для минимизации поглощения и увеличения пропускной способности.
Основная рабочая длина волны 1064 nm ( 1030 nm - 1080 nm )
Загрязнение фокусирующей линзы (реже коллиматорной) является главной причиной выхода из строя оптических элементов. Такая ситуация возникает во многих лазерных системах высокой мощности. Брызги расплавленного металла, грязь или дым иногда могут достигать линзы. Для защиты линз используют специальные защитные стекла. Защитные стекла устанавливаются перед линзой и служат барьером между линзой и рабочей зоной. 
Материал, из которого изготавливаются защитные стекла, кремний (Si).
Основная рабочая длина волны 1064 nm ( 1030 nm - 1080 nm ).
 
 


Источник: http://co2laseroptics.ru


Обсудить на форуме
remont2

Комментарии

Добавить комментарий
    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

    ВЫБИРАЕМ ПРОМЫШЛЕННУЮ ЛАЗЕРНУЮ УСТАНОВКУ. НА ЧТО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ?

      В существующем многообразии лазерных установок не трудно заблудиться, перед тем как выбрать именно то, что будет удовлетворять требованиям будущего производства.

    Trumpf Режущая головка

    Лазерный луч, который направляется к режущей головке через зеркала, является полностью инкапсулирован. В результате не допускается попадание грязи в направляющую луча.

    Trumpf Направление луча

    [center] Луч лазерного излучения CO2 ориентирован от лазера к заготовке через зеркала и объектив.

    Trumpf Свойства лазера

    TruFlow лазеры испускают излучение с длиной волны 10 600 нм (= 10,6 мкм). Эта длина волны в ультракрасном ряде, излучение которое не видит человеческий глаз.

    Режущая головка (лазер Trumpf 3030)

    Режущая лазерная головка является основным конструктивным элементом установки.

    Ремонт медицинских лазеров

    Ремонт медицинских лазеров Dornier Medilas, Ланцет, хирургических, косметологических, урологических, неодимовых, гольмиевых, диодных