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
Выпукло-вогнутые линзы разработаны для уменьшения сферической аберрации, производя минимальный размер пятна фокусировки для направленного коллимированного луча.
Плоско-выпуклые
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
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.
Зеркала - Плоские, сферические, рефлекторы
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.
Фазовращатели
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
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. отражения |
Длина волны, μm |
AOI |
|
>= 99.5%> = 99,5% |
1.064μm |
45˚ |
|
>= 80.0%> = 99,5% |
0.6328μm |
45˚ |
Сдвиг фазы 0˚ ± 4,0
Зеркала AFTR - Оптика для поглощения Р-поляризации
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.
Адаптивная оптика - Зеркала с регулируемым радиусом (VRM)
Зеркала с регулируемым радиусом, производимые компанией IIVI, позволяют пользователям динамично изменять характеристики луча в процессе работы. Путем изменения радиуса кривизны водяным давлением, пользователь может регулировать расхождение луча.
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.