Optiske laserlinser: Typer, applikationer og arbejdsprincipper

Optisk laserlinse Spil en central rolle i forskellige laserbaserede systemer. De er designet til at manipulere laserstråler, hvad enten det er at fokusere, kollimere eller forme dem til specifikke applikationer. De unikke egenskaber ved disse linser, såsom høj præcision og evnen til at håndtere høje - energilaserbjælker, gør dem til vigtige komponenter i moderne teknologi.

Typer af optiske laserlinser

Sfæriske linser

Karakteristika: Sfæriske linser er kendetegnet ved deres brydningsstyrke og krumningen af ​​deres linseoverflader. Afhængig af om linsen er konveks eller konkav, kan de konvergere eller afvige lysstråler. For eksempel er en plano -konveks sfærisk linse tykkere i midten og kan fokusere en kollimeret laserstråle til et punkt.

Ansøgninger: De bruges ofte i grundlæggende laserfokuseringsapplikationer, såsom i enkel laserskærende eller markeringssystemer, hvor der kræves en relativt grundlæggende fokusering af laserstrålen.

Asfæriske linser

Karakteristika: Asfæriske linser er designet til at korrigere afvigelser. I monokromatisk lys kan de løse problemer som billedskarphedsfejl og forvrængning. De bruges ofte, når der er behov for en mere præcis fokusering af laserstrålen, da de kan reducere sfærisk afvigelse markant sammenlignet med sfæriske linser.

Ansøgninger: En typisk anvendelse er fokusering af en kollimeret bjælke på en optisk fiber. I fiber - Optiske kommunikationssystemer hjælper asfæriske linser med effektivt at koble laserlys ind i fiberen, hvilket sikrer minimalt tab af signal.

Cylindriske linser
​
Karakteristika: Cylindriske linser, der fås i runde og rektangulære former, er designet til at skabe linjer eller stråleudvidelser i en retning. PLANO - Konkave og plano - Konveks cylindriske linser kan ændre formen på en laserstråle. For eksempel kan en plano -konveks cylindrisk linse omdanne en cirkulær laserstråle til en linjeformet bjælke.

Ansøgninger: De er vidt brugt i applikationer, hvor en linjeformet laserstråle er påkrævet, såsom i laserskanning for stregkodelæsere eller i nogle materialebehandlingsteknikker, hvor der er behov for en lang, smal laserstråle til skæring eller gravering i en bestemt retning.

Axicon -linser

Karakteristika: Axicon -linser, også kendt som koniske linser eller rotationsmæssigt symmetriske prismer, har en konisk overflade i stedet for en buet som traditionelle linser. En typisk axicon -linse har en plano -konveks form. De bruges til at konvertere en kollimeret laserstråle til en ringformet plet eller en fokallinie.

Ansøgninger: I nogle medicinske applikationer, såsom i visse typer laserbaserede kirurgiske procedurer, kan Axicon -linser bruges til at skabe et specifikt mønster af laserenergilevering. De bruges også i nogle videnskabelige forskningsopsætninger til at skabe unikke lysmønstre.

Powell -linser

Karakteristika: Powell -linser er specialiserede linser, der bruges til at konvertere kollimerede laserstråler med Gaussiske intensitetsfordelinger til lige, ensartede linjer. Sammenlignet med standard cylindriske linser, der producerer laserstråelinjer med Gaussiske intensitetsprofiler, genererer Powell -linser laserlinjer med en meget mere ensartet energifordeling over laserlinjerne.

Ansøgninger: De bruges ofte i industrielle applikationer som laserdimensionering, hvor en meget ensartet linje - formet laserstråle er påkrævet til nøjagtige målinger.

Arbejdsprincipper for optiske laserlinser

Fokusering og kollimering

Fokusering: Når en laserstråle passerer gennem en fokuserende linse, såsom en plano -konveks linse, bøjer linsen lysstrålerne mod et samlingspunkt. Linsens brændvidde bestemmes af faktorer, såsom inputlaserstrålestørrelsen, den ønskede pletstørrelse og den krævede dybde af fokus. For eksempel bruges en fokuserende linse i en laserskæremaskine til at koncentrere laserstrålen til et lille sted, hvilket øger energitætheden på det tidspunkt for effektivt at skære gennem materialet.

Kollimering: En kollimerende linse bruges på den anden side til at konvertere en divergerende laserstråle fra en kilde til en parallel eller kollimeret stråle. Fokuslængden af ​​en kollimeringslinse kan bestemmes baseret på laserdivergensvinklen (FWHM - fuld bredde ved halvdelen maksimal) og den krævede laserstrålediameter. I en laserpointer bruges en kollimerende linse til at gøre laserstråle til at rejse i en lige linje over en længere afstand.

Stråleformning

Linje Generation: Laserlinjegeneratorlinser, som Powell -linser eller cylindriske linser, bruges til at konvertere en kollimeret laserstråle til en linje. Processen involverer at bøje laserstrålen i en retning for at skabe linjen - formet output. I en laserbaseret nivelleringsværktøj bruges for eksempel en linje -generatorlinse til at projicere en lige laserlinje på en overflade, som kan bruges til justeringsformål.

Ringgenerering: Axicon -linser bruges til at generere en ringformet laserstråle. Den koniske overflade af axiconlinsen får laserstrålen til at omdirigeres på en måde, der danner et ringformet mønster i en bestemt afstand fra linsen. Dette kan være nyttigt i applikationer, hvor en ringformet laserenergidistribution er påkrævet, såsom i nogle optiske fældeeksperimenter i fysik.

Anvendelser af optiske laserlinser

Materiel behandling

Skæring og svejsning: I laserskæring og svejsningsapplikationer bruges optiske laserlinser til at fokusere laserstrålen til et sted med høj energitæthed. Højlaselinser, ofte lavet af materialer som zinkselenid (ZNSE) til CO₂ -lasere, er i stand til at modstå de høje energiniveau. I bilindustrien bruges for eksempel laserlinser til at skære og svejse metaldele med høj præcision.

Markering og gravering: Lasermærkning og graveringssystemer bruger linser til at fokusere laserstråle på overfladen af ​​materialet. Objektivet giver mulighed for præcis kontrol af laserenergien på overfladen, der bruges til at skabe mærker eller indgraveringer. Forskellige typer linser kan bruges afhængigt af det materiale, der er markeret, og den ønskede mærkerkvalitet.

Medicinske applikationer

Kirurgi: I laser -assisterede kirurgiske procedurer bruges optiske laserlinser til at dirigere og fokusere laserstråle nøjagtigt. I oftalmisk kirurgi bruges linser for eksempel til at fokusere laserstrålen for at korrigere synsproblemer. Linserne skal være af høj kvalitet for at sikre nøjagtig levering af laserenergien til målvævet.

Diagnostik: I noget medicinsk diagnostisk udstyr bruges laserlinser til at dirigere laserlys på biologiske prøver. Det reflekterede eller transmitterede lys kan derefter analyseres for at få information om prøven. I fluorescensbaserede diagnostiske teknikker bruges for eksempel linser til at fokusere excitationslaserlyset på prøven og opsamle det udsendte fluorescerende lys.

Videnskabelig forskning

Optisk fældning: I optiske fældningseksperimenter bruges Axicon -linser og andre specialiserede linser til at skabe unikke laserstråemønstre. Disse mønstre kan bruges til at fange og manipulere små partikler, såsom celler eller nanopartikler, til at studere deres egenskaber.

Spektroskopi: Laserlinser bruges i spektroskopiopsætninger til at dirigere laserstråle på prøven og opsamle lyset, der udsendes eller absorberes af prøven. Forskellige typer linser anvendes afhængigt af den specifikke spektroskopiske teknik, såsom Raman -spektroskopi eller absorptionsspektroskopi.

Valg af den rigtige optiske laserlinse

Når man vælger en optisk laserlinse, skal flere faktorer overvejes:

Bølgelængdekompatibilitet

Forskellige lasere fungerer ved forskellige bølgelængder. For eksempel fungerer CO₂ -lasere typisk ved 10,6 μm, mens ND: YAG -lasere fungerer ved 1,064 μm. Objektivmaterialet og belægningen skal være kompatibel med laserbølgelængden. For eksempel er linser lavet af zinkselenid (ZNSE) egnede til CO₂ -lasere, mens linser lavet af smeltet silica ofte bruges til synlige og nær - infrarøde lasere.

Laserkraft og energi

Høj - kraftlasere kræver linser, der kan modstå de høje energiniveau uden skade. Objektivmaterialet og belægningen skal have en høj laserskadesgrænse. I høje laserskæringsapplikationer er linser med høje skader tærskler vigtige for at sikre lang tid og pålidelig drift.

Ansøgning - Specifikke krav

Afhængig af applikationen, såsom fokusering, kollimering eller stråleformning, skal den relevante linse -type vælges. For eksempel, hvis en linje - formet laserstråle er påkrævet til en landmålingsprogram, ville en cylindrisk eller Powell -linse være det rigtige valg.

Sammenligning af forskellige optiske laserlinser

Konklusion

Optiske laserlinser er vigtige komponenter i en lang række anvendelser, fra materiel behandling til medicinsk og videnskabelig forskning. De forskellige typer linser, hver med deres unikke egenskaber og arbejdsprincipper, tilbyder forskellige måder at manipulere laserstråler på. Ved nøje at overveje faktorer som bølgelængde -kompatibilitet, laserkraft og anvendelse - specifikke krav, kan den rigtige optiske laserlinse vælges for at sikre optimal ydelse i ethvert laserbaseret system. Efterhånden som teknologien fortsætter med at gå videre, vil design og ydeevne af optiske laserlinser også sandsynligvis forbedre sig, hvilket muliggør endnu mere præcis og effektive laserapplikationer i fremtiden.