Optikai lézer lencsék: Típusok, alkalmazások és munka alapelvek

Optikai lézer lencse Játsszon döntő szerepet a különféle lézer alapú rendszerekben. Úgy tervezték, hogy manipulálják a lézernyalábokat, függetlenül attól, hogy fókuszál, kollimálja vagy kialakítja azokat meghatározott alkalmazásokhoz. Ezeknek a lencséknek az egyedi tulajdonságai, például a nagy pontosság és a nagy energiájú lézernyalábak kezelésének képessége, a modern technológiában alapvető elemeket tesznek.

Az optikai lézer lencsék típusai

Gömb alakú lencsék

Jellemzők: A gömb alakú lencséket törés képességük és lencse felületük görbülete jellemzi. Attól függően, hogy a lencse konvex vagy konkáv, konvergálhat vagy eltérhet a fénysugarak. Például egy plano - domború gömb alakú lencse vastagabb a középpontban, és egy pontig fókuszálhat egy kollimált lézernyalábot.

Alkalmazások: Általában az alapvető lézerfókuszáló alkalmazásokban használják, például az egyszerű lézercsökkentő vagy jelölő rendszerekben, ahol a lézernyaláb viszonylag alapvető fókuszálására van szükség.

Aszferikus lencsék

Jellemzők: Az aszferikus lencséket az aberrációk kijavítására tervezték. Monokromatikus fényben kezelhetik azokat a kérdéseket, mint a képélességi hibák és a torzítás. Gyakran használják őket, ha a lézernyaláb pontosabb fókuszálására van szükség, mivel ezek jelentősen csökkenthetik a gömbös aberrációt a gömb alakú lencsékhez képest.

Alkalmazások: Egy tipikus alkalmazás egy kollimált gerenda optikai rostra fókuszálása. A szálas - optikai kommunikációs rendszerekben az aszferikus lencsék segítenek a lézerfény hatékony összekapcsolásában a rostba, biztosítva a jel minimális veszteségét.

Hengeres lencsék
​
Jellemzők: A kerek és téglalap alakú formában kapható hengeres lencséket úgy tervezték, hogy vonalakat vagy sugárbővítést hozzanak létre egy irányba. Plano - konkáv és plano - konvex hengeres lencsék megváltoztathatják a lézernyaláb alakját. Például egy plano - domború hengeres lencse átalakíthatja a kör alakú lézernyalábot vonal alakú gerendává.

Alkalmazások: Széles körben alkalmazzák azokat az alkalmazásokban, ahol vonal -alakú lézernyalábra van szükség, például a vonalkód -olvasók lézeres szkennelésében vagy bizonyos anyagfeldolgozási technikákban, ahol hosszú, keskeny lézernyalábra van szükség egy adott irányba történő vágáshoz vagy gravírozáshoz.

Axikon lencsék

Jellemzők: Az axikon lencséknek, más néven kúpos lencséknek vagy rotációs szimmetrikus prizmáknak is ismert, kúpos felületük van egy ívelt, mint a hagyományos lencsék helyett. Egy tipikus axikon lencse plano -konvex alakú. Ezeket egy kollimált lézernyalábot gyűrűs formájú vagy fókuszvonalakká alakítják.

Alkalmazások: Egyes orvosi alkalmazásokban, például bizonyos típusú lézer alapú műtéti eljárásokban az axikon lencsék felhasználhatók egy speciális lézer -energiaminta létrehozására. Ezeket néhány tudományos kutatási beállításban is használják az egyedi fényminták kialakításához.

Powell lencsék

Jellemzők: A Powell lencsék speciális lencsék, amelyek a Gauss -intenzitás -eloszlású kollimált lézernyalábok egyenes, egyenletes vonalakká történő átalakításához használják. A standard hengeres lencsékkel összehasonlítva, amelyek Gauss -intenzitásprofilokkal lézernyalábvonalakat állítanak elő, a Powell lencsék lézervonalakat generálnak, amelyek sokkal egységesebb energiaeloszlásúak a lézervonalak között.

Alkalmazások: Gyakran használják azokat ipari alkalmazásokban, mint például a lézerméretezés, ahol a pontos mérésekhez nagyon egyenletes vonalú lézernyalábra van szükség.

Az optikai lézer lencsék működési alapelvei

Fókuszálás és kollimálás

Összpontosítás: Amikor egy lézernyaláb áthalad egy fókuszáló lencsén, például egy plano -domború lencsén, a lencse a fénysugarakat egy fókuszpont felé hajlítja. A lencse fókusztávolságát olyan tényezők határozzák meg, mint például a bemeneti lézernyalábméret, a kívánt foltméret és a szükséges fókusz mélység. Például egy lézer vágógépben egy fókuszáló lencsét használnak a lézernyaláb koncentrálására egy kis foltra, növelve az energia sűrűségét ezen a ponton, hogy hatékonyan átvágják az anyagot.

Párhuzamosító: Másrészt egy kollimáló lencsét használnak az eltérő lézernyaláb forrásból párhuzamos vagy kollimált gerendává történő átalakításához. A kollimáló lencse fókusztávolságát a lézer divergencia szög (FWHM - teljes szélessége a legfeljebb felére) és a szükséges lézernyaláb -átmérő alapján lehet meghatározni. Egy lézer mutatóban egy kollimáló lencsét használnak annak érdekében, hogy a lézernyaláb egyenes vonalban haladjon hosszabb távolságon.

Sugárformázás

Vonalgenerálás: A lézervonal -generátor lencséket, például a Powell lencséket vagy a hengeres lencséket használják a kollimált lézernyaláb vonalra konvertálására. A folyamat magában foglalja a lézernyaláb egy irányba történő hajlítását a vonal - alakú kimenet létrehozásához. Például egy lézer alapú kiegyenlítő szerszámban egy vonal -generátor lencsét használnak egy egyenes lézervonal kivetítésére egy felületre, amely igazítási célokra használható.

Gyűrűs generáció: Az axikon lencséket gyűrűs alakú lézernyaláb előállításához használják. Az axikon lencse kúpos felülete miatt a lézernyalábot oly módon irányítják, hogy egy gyűrűs alakú mintát képeznek a lencsétől egy bizonyos távolságra. Ez hasznos lehet azokban az alkalmazásokban, ahol gyűrűs alakú lézerenergia -eloszlás szükséges, például a fizika néhány optikai csapdázási kísérletében.

Optikai lézer lencsék alkalmazása

Anyagfeldolgozás

Vágás és hegesztés: A lézervágási és hegesztési alkalmazások során az optikai lézer lencséket használják a lézernyaláb nagy energia -sűrűségű foltra fókuszálására. A nagy teljesítményű lézer lencsék, amelyek gyakran olyan anyagokból készülnek, mint a cink -szelenid (ZNSE) a CO₂ lézerekhez, képesek ellenállni a magas energiaszinteknek. Például az autóiparban a lézer lencséket használják nagy pontosságú fém alkatrészek vágására és hegesztésére.

Jelölés és gravírozás: A lézerjelző és gravírozó rendszerek lencséket használnak, hogy a lézernyalábot az anyag felületére összpontosítsák. A lencse lehetővé teszi a lézerenergia pontos szabályozását a felületen, amelyet jelek vagy metszetek létrehozására használnak. Különböző típusú lencsék használhatók a megjelölt anyagtól és a kívánt jelminőségtől függően.

Orvosi alkalmazások

Sebészet: A lézer - segített műtéti eljárásokban az optikai lézer lencséket használják a lézernyaláb pontos irányításához és fókuszálásához. Például a szemészeti műtétben a lencséket a lézernyaláb fókuszálására használják a látási problémák kijavítására. A lencséknek magas színvonalúnak kell lenniük, hogy biztosítsák a lézerenergia pontos szállítását a célszövetbe.

Diagnosztika: Egyes orvosi diagnosztikai berendezésekben a lézer lencséket használják a lézerfény biológiai mintákra történő irányításához. Ezután a tükrözött vagy az átvitt fény elemezhető, hogy információt szerezzen a mintáról. Például a fluoreszcencia alapú diagnosztikai technikákban a lencséket arra használják, hogy a gerjesztési lézer lámpát a mintára összpontosítsák és összegyűjtsék a kibocsátott fluoreszcens fényt.

Tudományos kutatás

Optikai csapdázás: Az optikai csapdázási kísérletekben az axikon lencséket és más speciális lencséket használják egyedi lézernyalábminták létrehozására. Ezek a minták felhasználhatók a kis részecskék, például sejtek vagy nanorészecskék csapdájának és manipulálására, tulajdonságaik tanulmányozására.

Spektroszkópia: A lézeres lencséket a spektroszkópia beállításaiban használják a lézernyaláb mintára történő irányításához, és a minta által kibocsátott vagy felszívott fény összegyűjtésére. Különböző típusú lencséket használnak a specifikus spektroszkópos technikától függően, például a Raman spektroszkópiát vagy az abszorpciós spektroszkópiát.

A megfelelő optikai lézer lencse kiválasztása

Az optikai lézer lencse kiválasztásakor számos tényezőt kell figyelembe venni:

Hullámhossz -kompatibilitás

Különböző lézerek működnek különböző hullámhosszon. Például a CO₂ lézerek általában 10,6 μm -en működnek, míg az ND: YAG lézerek 1,064 μm -en működnek. A lencse anyagának és a bevonatnak kompatibilisnek kell lennie a lézerhullámhossznal. Például a cink -szelenidből (ZNSE) készített lencsék alkalmasak CO₂ -lézerekre, míg a olvasztott szilícium -dioxidból készült lencséket gyakran használják látható és közeli infravörös lézerekhez.

Lézeres energia és energia

Magas - energiatartalmú lézerek olyan lencséket igényelnek, amelyek képesek ellenállni a magas energiaszintnek sérülés nélkül. A lencse anyagának és a bevonatnak magas lézerkárosodási küszöbértékkel kell rendelkeznie. Nagy teljesítményű lézercsökkentő alkalmazásokban a nagy károsodási küszöbértékű lencsék elengedhetetlenek a hosszú időtartamú és megbízható működés biztosítása érdekében.

Alkalmazás - Konkrét követelmények

Az alkalmazástól függően, például a fókuszálást, a kollimációt vagy a gerenda alakítását, a megfelelő lencse -típust ki kell választani. Például, ha egy felmérési alkalmazáshoz vonal -alakú lézernyalábra van szükség, akkor a hengeres vagy a Powell lencse lenne a megfelelő választás.

A különböző optikai lézer lencsék összehasonlítása

Következtetés

Az optikai lézer lencsék alapvető elemek az alkalmazások széles körében, az anyagfeldolgozástól az orvosi és tudományos kutatásig. A különféle típusú lencsék, mindegyik egyedi jellemzőivel és működési alapelveivel, különféle módszereket kínál a lézernyalábok manipulálására. Az olyan tényezők, mint például a hullámhossz -kompatibilitás, a lézerteljesítmény és az alkalmazás -specifikus követelmények gondos mérlegelésével a megfelelő optikai lézer lencsét választhatjuk meg az optimális teljesítmény biztosítása érdekében bármely lézer alapú rendszerben. Ahogy a technológia tovább halad, az optikai lézer lencsék tervezése és teljesítménye szintén valószínűleg javul, lehetővé téve a jövőben még pontosabb és hatékonyabb lézer -alkalmazásokat.