OTTIKA GĦALL-APPLIKAZZJONIJIET TAL-LASER FIBRA
Lejżers f'fibra sabu niċċa ta 'proċessar u riċerka fejn il-lejżers Nd: YAG huma għoljin wisq jew għandhom proprjetajiet ta' raġġ li mhumiex mixtieqa (eż. Valuri kbar M2). Utenti ta 'lejżers tal-fibri jistgħu jkunu mħassba bl-interkambjabbiltà tal-provvista eżistenti tagħhom ta' komponenti ottiċi jew kif jispeċifikaw ottika ġdida. Dan l-artikolu jindirizza dawn l-oqsma ta 'tħassib u jenfasizza liema karatteristiċi għandhom ikunu speċifikati b'mod partikulari bir-reqqa.
Lejżers tal-fibra qegħdin jiksbu art f'varjetà ta 'applikazzjonijiet bħal tħaffir, iwweldjar, qtugħ ta' fojl, immarkar bil-lejżer, u mikro-magni preċiżi. Ix-xjenzati tar-riċerka qed isibuhom utli wkoll bħala sorsi minħabba l-impronti żgħar tagħhom u l-valuri M2 baxxi. Is-suċċess tal-lejżers tal-fibra huwa bbażat fuq il-kombinazzjoni unika tagħhom ta 'karatteristiċi ta' raġġ li ma jistgħux jinkisbu minn sorsi oħra fl-istess medda ta 'mewġ: operazzjoni CW jew pulsazzjoni mhux obbligatorja, kontroll tal-polarizzazzjoni (każwali, lineari jew ċirkolari), wisa' tal-frekwenza spettrali dojoq, u valuri TEM00 M2 li joqorbu 1 B'tali titjib ta 'M2 fuq Lejżers Nd: YAG, densitajiet ta' qawwa sinifikament ogħla jistgħu jiġu realizzati. Trajkijiet aktar iffokati b'mod strett huma possibbli, u jirriżultaw immaġini aktar qawwija għall-immarkar u qatgħat irqaq għall-mikromachin. Id-distanzi tax-xogħol tal-manifattura jistgħu jiżdiedu wkoll. Għalhekk, is-suq qed jistenna li jiffaċċja domanda dejjem tikber fil-komponenti ottiċi ddedikati għall-applikazzjonijiet tal-lejżer tal-fibra.
1 Effetti tal-Kwalità tar-Raġġ
Il-proċess tal-għażla tal-komponenti huwa influwenzat ħafna mid-densitajiet ta 'qawwa għolja li jistgħu jinkisbu bil-lejżers tal-fibra. Il-kavità ottika ta 'laser f'fibra hija l-qalba tal-fibra li tista' tkun iddisinjata biex tnaqqas in-numru ta 'modi, u b'hekk tippermetti lill-manifatturi jipproduċu kummerċjalment lejżers b'M2 = 1.05. M2 huwa l-proporzjon tal-prodott ta 'diverġenza b'dijametru multimodiku tar-raġġ tal-lejżer għall-prodott ta' diverġenza ta 'dijametru ta' raġġ limitat ta 'diffrazzjoni (TEM00):
Fejn Θ0 hija d-diverġenza tar-raġġ f'miniradjani u w0 hija l-wisa 'tal-qadd tar-raġġ tal-ħruġ (jekk ir-raġġ huwa ċirkolari, allura w0 jista' jiġi sostitwit mid-dijametru tar-raġġ d0). Jew għad-dijametru tal-post fokali li jista 'jinkiseb d0:
Figura 1 turi l-parametri użati fl-ekwazzjoni (2). Manifatturi tal-lejżer tal-fibra tipikament jipprovdu raġġ tal-kunsinna ta 'raġġ b'output kollimat ta' bejn 5mm u 20mm dijametru (D0). Il-kalkoli juru li d-dijametru tal-post fokali teoretiku d0 ta '10μm jista' jinkiseb b'lenti fokali ta '19mm. Għalhekk, għal laser tal-fibra 50W f'1075nm, ir-raġġ iffokat jippakkja densità ta 'qawwa ottika tremenda
Aktar kombinazzjonijiet huma mogħtija fit-tabella 1. Filwaqt li l-ottika ta 'l-istering tar-raġġ tista' qatt ma tara post iffokat perfettament, hemm fattur ta 'sigurtà li l-inġinier tad-disinn irid iqis; dawn id-densitajiet għoljin ta 'enerġija b'difrazzjoni limitata jistgħu jaffettwaw l-elementi ottiċi waqt l-allinjament.
Għal lejżers tal-fibra bil-pulsazzjonijiet b’enerġija baxxa u lejżers CW ta ’medda medja (mill-ordni ta’ 1-5W ta ’qawwa medja), ħġieġ N-BK7 minn Schott chott.de) huwa materjal tas-substrat adattat u rħis kemm għall-ottika li tirrifletti kif ukoll għat-trasmissjoni fejn l-enerġija fil-wiċċ ottiku huwa <50mw> N-BK7 huwa ħġieġ ottiku b'kuruna borosilikata b'omogeneità għolja u trasmissjoni għolja fl-infrared viżibbli u kważi. Kisi kontra r-riflessjoni (AR) jista 'jintuża fuq twieqi, lentijiet u rifletturi parzjali biex tiżdied it-trasmissjoni ġenerali permezz tal-komponent. F'dawn l-enerġiji, kisi AR ta 'strixxa dejqa ("V") jew kisjiet AR b'ħafna saffi jistgħu jintużaw biex inaqqsu r-riflettività għal kull wiċċ minn madwar 4% sa <0.25% fuq="" tul="" ta'="" mewġa="" wieħed="" jew=""><0.5% fuq="" medda="" ta="" 'frekwenza.="" ta="" '250-400nm="" għal="" sistemi="" tal-lejżer="" sintonizzabbli="" (ara="" l-figura="">
Il-kisjiet "V" ta 'strixxa dejqa huma kisjiet ta' kontra r-riflessjoni dielettriċi b'ħafna saffi (tipikament b'żewġ saffi) li jiksbu riflettenza minima teoretika f'faxxa dejqa ta 'tul ta' mewġ. Ir-riflettanza titla 'malajr fuq kull naħa ta' dan il-minimu billi tagħtiha forma ta '"V" fil-grafika ta' riflettività versus tul ta 'mewġa. Manifatturi tal-Istati Uniti tipikament jużaw it-terminoloġija "kisja V" jew "linja tal-lejżer" biex jiddistingwu dan il-kisi mill-offerti ta 'AR tal-broadband tagħhom.
Għażla oħra materjali għall-użu mal-lejżers tal-fibra 1-5W hija l-ħġieġ N-SF11 minn Schott li għandu indiċi ta 'rifrazzjoni n = 1.754 f'1060 nm, ogħla minn dak ta' N-BK7 (1.507). Dan jipprovdi flessibilità jekk lenti b'tul fokali qasir tkun meħtieġa għall-applikazzjoni. Minħabba li kemm N-SF11 u N-BK7 għandhom koeffiċjenti ta 'espansjoni termika fil-medda 8 × 10-6 / ° C, is-silika mdewba hija l-għażla preferuta ta' materjal tas-substrat jekk l-istabbiltà termika hija importanti. Is-silika mdewba għandha koeffiċjent ta 'espansjoni termika ta' 0.57 × 10-6 / ° C biss, ordni ta 'kobor aktar stabbli mill-materjali ottiċi l-oħra. Il-manifatturi tal-lejżer tal-fibra jirrakkomandaw silika mdewba għall-ottika trasmessa għall-użu ma 'output tal-laser f'fibra akbar minn 50W. Pereżempju, Southampton Photonics, Inc. pioptics.com) jirrakkomanda bil-qawwa l-użu ta 'silika mdewba għal applikazzjonijiet bil-lejżer tal-fibra minħabba l-limitu tal-ħsara sinifikanti tagħha fuq il-lejżer. Għandu proprjetajiet trasmissivi simili għal N-BK7 minn 500-2000nm, iżda huwa aktar stabbli termalment u għandu limiti ta 'limitu ogħla ta' ħsara kemm għas-sistemi bil-pulsazzjonijiet kif ukoll għal CW. IPG Photonics pgphotonics.com) jirrakkomanda silika fused ta 'grad IR għal lejżers tal-fibra kklassifikati' l fuq minn 1kW. Għal darb'oħra, il-kisjiet AR jistgħu jintużaw biex inaqqsu r-riflessjonijiet tal-wiċċ, iżda għal enerġiji ogħla huwa aħjar li tuża biss kisi b'ħafna saffi "V" b'kisja AR, li jifilħu sa 1MW / cm2 jew aktar.
2 Lentijiet
F'ċerti applikazzjonijiet, bħall-immaġni ta 'nases ottiċi, iż-żamma tal-kwalità tal-immaġini matul it-triq tar-raġġ hija kritika. Għalkemm il-lentijiet singletli, jew silika mdewba jew materjal N-BK7, huma adattati għal applikazzjonijiet sempliċi ta 'l-istering tar-raġġ, lentijiet aplanatiċi doppji jew tripletti jistgħu jkunu aktar adattati sabiex jimminimizzaw l-iżbalji trasmessi mill-mewġ. Dawn il-lentijiet huma mfassla biex jimminimizzaw żewġ żbalji quddiem il-mewġ monokromatiċi msejħa Aberrazzjoni Sferika u Coma. L-abberazzjoni sferika hija simetrika assjali u sseħħ meta raġġi kollimati li jgħaddu miż-żoni ta 'barra tal-lenti jiffokaw f'distanza differenti mill-lenti minn raġġi li jgħaddu miż-żona ċentrali. Coma hija distorsjoni tal-mewġ mhux simmetrika barra l-assi li tiżdied linealment ma 'l-angolu tal-kamp jew id-distanza mill-assi prinċipali. Flimkien, dawn l-aberrazzjonijiet jgħawġu l-front-wave trasmess mil-lenti u jikkawżaw li l-post fokali jsir forma irregolari u / jew imċajpra.
Disinni ta 'lenti doppji u tripletti jistgħu jużaw il-materjali tas-substrat preċedentement elenkati jew materjali oħra, skond il-kriterji speċifiċi tad-disinn. Huma ottimizzati għal tul ta 'mewġa wieħed u ġeneralment huma spazjati bl-arja biex jimminimizzaw distorsjoni addizzjonali quddiem il-mewġ indotta mis-siment bejn l-uċuħ tal-ħġieġ. L-elementi li spazjaw l-arja jippermettu wkoll żieda fil-flessibilità fid-disinn għaliex uċuħ li jmissu magħhom m'għandhomx għalfejn ikollhom kurvaturi ta 'tqabbil. Minflok, kull waħda mill-erba 'sa sitt uċuħ tista' tiġi ottimizzata b'mod indipendenti sabiex timminimizza bl-aħjar mod il-koma u l-aberrazzjonijiet sferiċi permezz tal-assemblaġġ komplet tal-lenti. L-immuntar tal-lenti simentati għandu jiġi evitat sabiex jiġi massimizzat il-limitu globali tal-ħsara u l-ħajja tal-komponent.
3 Wisa 'tal-Banda Spettrali Dejjaq
Il-firxa tat-tul ta 'mewġa ta' laser tal-fibra hija determinata mill-arkitettura tal-ippumpjar tal-manifattur u d-dopanti użati fil-kavità tal-laser tal-fibra attiva. Firxiet ta 'tul ta' mewġ tipiċi huma: 780-800nm għad-doping ta 'l-erbju,
1030-1120nm għal ytterbium, 1530-1600nm għal erbium-ytterbium, u 1800-2100nm għat-thulium. Il-wisa 'tal-frekwenza ta' lejżer tal-fibra hija tipikament definita minn gradilji ta 'Bragg f'fibra. Il-manifatturi tal-lejżer tal-fibra jispeċifikaw firxa, li minnha l-utent aħħari jista 'jagħżel tul ta' mewġa speċifiku. Il-wisa 'tal-banda attwali ta' kull laser huwa biss 1-2nm. Dan jista 'jkun dettall importanti meta tagħżel komponenti bħal pjanċi tal-mewġ ta' ordni ogħla li jiffunzjonaw kif suppost biss fuq medda dejqa ta 'frekwenza.
4 Ottika tal-polarizzazzjoni
Il-wisa 'tal-banda u d-densità tal-enerġija huma l-iktar karatteristiċi importanti tar-raġġ li tkun taf meta tagħżel bejn diversi polarizzaturi u pjanċi tal-mewġ. Polarizzaturi lineari polimeri mhumiex maħsuba għall-użu f'enerġiji akbar minn 1W / cm2. Polarizzaturi tal-kubi simentati huma disponibbli kemm f'disinni ta 'faxxa dejqa kif ukoll f'faxxa wiesgħa, iżda l-limiti ta' ħsara huma limitati mill-epossi interni. Għalkemm ftit siment ottiċi jistgħu jirreżistu d-densitajiet tal-qawwa tal-lejżer ta '500W / cm2, il-manifatturi tal-lejżer tal-fibra jirrakkomandaw li tiġi evitata ottika kkonsidrata għal lasers tal-fibra klassifikati' l fuq minn 50W. 'Il fuq minn dan il-livell, huwa meħtieġ li tinbidel għal disinn ta' kubu polarizzanti li jkun spazjat fl-arja jew ikkuntattjat b'mod ottiku, li tipikament jista 'jittratta aktar minn 1 MW / cm2 ta' dawl laser CW.
Għal pjanċa tal-mewġ tal-kristall tal-kwarz ta 'ordni multipla ħxuna ta' 1mm, varjazzjoni ta '2nm fit-tul ta' mewġ tista 'tagħmel id-differenza bejn pjanċa tal-mewġ eċċellenti u parti mhux aċċettabbli. Pjanċa tal-mewġ ta '1mm ħxuna ta' 1mm iddisinjata għal 1082nm fil-fatt tkun pjanċa ta 'mewġ ta' 0.23λ f'1084nm, jew λ / 50 off. Alternattivament, pjanċa tal-mewġ ta 'ordni żero kompost iddisinjata għall-istess żewġ tulijiet ta' mewġa tibdel ritardazzjoni bejn it-tnejn minn <λ 1000="" mewġ,="" li="" tinsab="" sew="" fil-limiti="" tipiċi=""> Il-pjanċi tal-mewġ tal-ordni żero jaħdmu tajjeb ħafna aktar minn ± 40-70nm mid-disinn tat-tul ta 'mewġ, u huma adattati sew għas-sistemi tal-lejżer sintonizzabbli kif ukoll għal dawk li għandhom wisa' tal-linja tal-lażer ta '> 1nm (ara l-figura 3).
5 Mirja
Komponenti standard - jiġifieri d-disinji eżistenti tal-kisi - għal-linji l-oħra tal-lejżer ma jistgħux jaqblu tajjeb biżżejjed mal-mewġ u l-poteri l-ġodda tal-lejżer tal-fibra. Għal sistemi ta 'enerġija baxxa ħafna, kisi tal-mera protett tal-metall bħal deheb, aluminju u fidda jista' jkun għażliet xierqa għal ċerti applikazzjonijiet fejn 100% riflettività mhix meħtieġa. Huma faċilment disponibbli u rħas. Madankollu, anke mas-saffi protettivi, il-kisi tal-metall huwa artab u eventwalment se jiġi mqaxxar jew imsadad jekk mhux immaniġġjat kif suppost. Alternattivament, il-mirja dielettriċi b'ħafna saffi huma miksijin sew, durabbli u jirriflettu ħafna f'inċidenza normali jew f'45 ° (ara l-figura 4). Huma għandhom limiti ta 'ħsara li jaqbżu 20J / cm2 f'sistemi ta' pulsazzjonijiet ta '10-20ns u għalhekk m'għandhomx jiddegradaw jew iġarrbu ħsara meta jintużaw f'installazzjonijiet bil-lejżer tal-fibra bil-pulsazzjonijiet jew CW. Għalkemm mhix partikolarment broadband, mera standard dielettrika ddisinjata għal 1064nm Nd: YAG xorta se tirrifletti> 99% f'1075nm jew 1080nm.
6 Konklużjoni
CVI introduċiet linja ġdida ta 'mirja ddisinjati speċifikament għall-użu ma' sistemi tal-lejżer tal-fibra. Barra minn hekk, CVI żiedet il-wavelengths tal-laser tal-fibra l-iktar komuni mal-linji ta 'prodotti eżistenti inklużi kisi AR għal ottika trasmessiva, bħal pjanċi tal-mewġ, lentijiet, u twieqi, kif ukoll kisi li jirrifletti għal beamsplitters, rifletturi parzjali, couplers tal-ħruġ, u mirja.
Il-manifatturi tal-lejżer tal-fibra jkomplu jimbuttaw il-limiti tat-teknoloġija tagħhom, u jżidu l-enerġija CW u l-enerġija pulsata disponibbli kummerċjalment. Il-kwalità eċċellenti tar-raġġ flimkien mal-enerġiji ogħla se jkomplu jpoġġu talbiet dejjem jiżdiedu fuq il-komponenti ottiċi użati f'dawn is-sistemi. L-ispeċifikazzjonijiet ewlenin għal dawn il-komponenti jinkludu materjal tas-substrat, limitu tal-ħsara u kwalità tal-wiċċ.
