Optiska laserlinser: Typer, applikationer och arbetsprinciper

Optisk laserlins Spela en viktig roll i olika laserbaserade system. De är utformade för att manipulera laserstrålar, vare sig det är fokusering, kollimerande eller utformar dem för specifika applikationer. De unika egenskaperna hos dessa linser, såsom hög precision och förmågan att hantera högen av energilaserstrålar, gör dem väsentliga komponenter inom modern teknik.

Typer av optiska laserlinser

Sfäriska linser

Egenskaper: Sfäriska linser kännetecknas av deras brytningseffekt och krökningen på deras linsytor. Beroende på om linsen är konvex eller konkav kan de konvergera eller avvika ljusstrålar. Till exempel är en plano -konvex sfärisk lins tjockare i mitten och kan fokusera en kollimerad laserstråle till en punkt.

Applikationer: De används ofta i grundläggande laserfokuseringsapplikationer, till exempel i enkla laserskärning eller markeringssystem där en relativt grundläggande fokusering av laserstrålen krävs.

Asfäriska linser

Egenskaper: Assfäriska linser är utformade för att korrigera avvikelser. I monokromatiskt ljus kan de ta itu med problem som bildskärpa -fel och snedvridning. De används ofta när en mer exakt fokusering av laserstrålen behövs, eftersom de kan minska sfärisk avvikelse avsevärt jämfört med sfäriska linser.

Applikationer: En typisk applikation är fokusering av en kollimerad stråle på en optisk fiber. I fiber - optiska kommunikationssystem hjälper asfäriska linser att effektivt koppla laserljus till fibern, vilket säkerställer minimal signalförlust.

Cylindriska linser
​
Egenskaper: Cylindriska linser, tillgängliga i runda och rektangulära former, är utformade för att skapa linjer eller strålutvidgningar i en riktning. Plano - konkav och plano - konvexa cylindriska linser kan ändra formen på en laserstråle. Till exempel kan en plano -konvex cylindrisk lins förvandla en cirkulär laserstråle till en linjeformad stråle.

Applikationer: De används allmänt i applikationer där en linjeformad laserstråle krävs, till exempel i laserskanning för streckkodsläsare eller i vissa materiella bearbetningstekniker där en lång, smal laserstråle behövs för att klippa eller gravera i en specifik riktning.

Aicicon -linser

Egenskaper: Aikoslinser, även kända som koniska linser eller rotationsmässigt symmetriska prismor, har en konisk yta istället för en krökt som traditionella linser. En typisk aicicon -objektiv har en plano -konvex form. De används för att konvertera en kollimerad laserstråle till en ringformad fläck eller en fokallinje.

Applikationer: I vissa medicinska tillämpningar, till exempel i vissa typer av laserbaserade kirurgiska procedurer, kan Aikonlinser användas för att skapa ett specifikt mönster av laserenergileverans. De används också i vissa vetenskapliga forskningsuppsättningar för att skapa unika ljusmönster.

Powell -linser

Egenskaper: Powell -linser är specialiserade linser som används för att konvertera kollimerade laserstrålar med Gaussiska intensitetsfördelningar till raka, enhetliga linjer. Jämfört med standardcylindriska linser, som producerar laserstrållinjer med Gaussiska intensitetsprofiler, genererar Powell -linser laserlinjer med en mycket mer enhetlig energidistribution över laserlinjerna.

Applikationer: De används ofta i industriella applikationer som laserdimensionering, där en mycket enhetlig linjeformad laserstråle krävs för exakta mätningar.

Arbetsprinciper för optiska laserlinser

Fokusering och kollimering

Fokusering: När en laserstråle passerar genom en fokuserande lins, såsom en plano -konvex lins, böjer linsen ljusstrålarna mot en kontaktpunkt. Lensens brännvidd bestäms av faktorer såsom ingångslaserstrålstorleken, den önskade spotstorleken och det nödvändiga fokusdjupet. Till exempel, i en laserskärmaskin, används en fokuseringslins för att koncentrera laserstrålen till en liten plats, vilket ökar energitätheten vid den punkten för att effektivt skära igenom materialet.

Kollimerande: En kollimerande lins, å andra sidan, används för att omvandla en divergerande laserstråle från en källa till en parallell eller kollimerad stråle. Fokallängden för en kollimerande lins kan bestämmas baserat på laserdivergensvinkeln (FWHM - full bredd vid halva maximalt) och den nödvändiga laserstråldiametern. I en laserpekare används en kollimerande lins för att få laserstrålen att resa i en rak linje över ett längre avstånd.

Strålformning

Linjegenerering: Laserlinjegeneratorlinser, som Powell -linser eller cylindriska linser, används för att konvertera en kollimerad laserstråle till en linje. Processen involverar böjning av laserstrålen i en riktning för att skapa linjenformad utgång. Till exempel, i ett laserbaserat nivelleringsverktyg, används en linjelins för att projicera en rak laserlinje på en yta, som kan användas för justeringsändamål.

Ringgenerering: Axicon -linser används för att generera en ringformad laserstråle. Den koniska ytan på aicon -linsen får laserstrålen att omdirigeras på ett sätt som bildar ett ringformat mönster på ett visst avstånd från linsen. Detta kan vara användbart i applikationer där en ringformad laserenergidistribution krävs, till exempel i vissa optiska fångstexperiment i fysiken.

Tillämpningar av optiska laserlinser

Materiell bearbetning

Skärning och svetsning: Vid laserskärnings- och svetsapplikationer används optiska laserlinser för att fokusera laserstrålen till en högen av energitäthet. Laserlinser med hög kraft, ofta tillverkade av material som zink -selenid (ZNSE) för co₂lasrar, kan motstå de höga energinivåerna. Till exempel, inom fordonsindustrin, används laserlinser för att klippa och svetsa metalldelar med hög precision.

Markering och gravering: Lasermarkerings- och graveringssystem använder linser för att fokusera laserstrålen på materialets yta. Linsen möjliggör exakt kontroll av laserenergin vid ytan, som används för att skapa märken eller graveringar. Olika typer av linser kan användas beroende på att materialet är markerat och den önskade märkeskvaliteten.

Medicinska tillämpningar

Kirurgi: I laser - assisterade kirurgiska ingrepp används optiska laserlinser för att styra och fokusera laserstrålen exakt. I oftalmisk kirurgi används till exempel linser för att fokusera laserstrålen för att korrigera synproblem. Linserna måste vara av hög kvalitet för att säkerställa korrekt leverans av laserenergi till målvävnaden.

Diagnostik: I viss medicinsk diagnostisk utrustning används laserlinser för att rikta laserljus på biologiska prover. Det reflekterade eller överförda ljuset kan sedan analyseras för att få information om provet. Till exempel, i fluorescensbaserade diagnostiska tekniker, används linser för att fokusera excitationslassljuset på provet och samla det emitterade fluorescerande ljuset.

Vetenskaplig forskning

Optisk fångst: I optiska fångstexperiment används Axicon -linser och andra specialiserade linser för att skapa unika laserstrålmönster. Dessa mönster kan användas för att fånga och manipulera små partiklar, såsom celler eller nanopartiklar, för att studera deras egenskaper.

Spektroskopi: Laserlinser används i spektroskopiinställningar för att rikta laserstrålen på provet och samla ljuset som släpps ut eller absorberas av provet. Olika typer av linser används beroende på den specifika spektroskopiska tekniken, såsom Raman -spektroskopi eller absorptionsspektroskopi.

Välja rätt optisk laserlins

När du väljer en optisk laserslins måste flera faktorer beaktas:

Våglängdskompatibilitet

Olika lasrar arbetar med olika våglängder. Till exempel arbetar co₂lasrar vanligtvis vid 10,6 μm, medan ND: YAG -lasrar arbetar med 1,064 μm. Linsmaterialet och beläggningen måste vara kompatibel med laservåglängden. Till exempel är linser gjorda av zinkselenid (ZNSE) lämpliga för co₂lasrar, medan linser gjorda av smält kiseldioxid ofta används för synliga och nära infraröda lasrar.

Laserkraft och energi

Lasrar med hög kraft kräver linser som tål de höga energinivåerna utan skador. Linsmaterialet och beläggningen bör ha en tröskel för hög laserskador. I applikationer med hög kraft laserskärning är linser med höga skador trösklar viktiga för att säkerställa långsiktig och pålitlig drift.

Tillämpning - specifika krav

Beroende på applikationen, såsom fokusering, kollimering eller strålformning, måste lämplig linstyp väljas. Till exempel, om en linjeformad laserstråle krävs för en mätningsapplikation, skulle en cylindrisk eller Powell -objektiv vara det rätta valet.

Jämförelse av olika optiska laserlinser

Slutsats

Optiska laserlinser är viktiga komponenter i ett brett spektrum av tillämpningar, från materialbehandling till medicinsk och vetenskaplig forskning. De olika typerna av linser, var och en med sina unika egenskaper och arbetsprinciper, erbjuder olika sätt att manipulera laserstrålar. Genom att noggrant överväga faktorer såsom våglängdskompatibilitet, laserkraft och applikation - specifika krav, kan rätt optisk laslins väljas för att säkerställa optimal prestanda i alla laserbaserade system. När tekniken fortsätter att gå vidare kommer också utformningen och prestandan för optiska laserlinser att förbättras, vilket möjliggör ännu mer exakta och effektiva laserapplikationer i framtiden.