Kanta laser optik: Jenis, Aplikasi, dan Prinsip Kerja

Kanta laser optik Mainkan peranan penting dalam pelbagai sistem berasaskan laser. Mereka direka untuk memanipulasi rasuk laser, sama ada ia memberi tumpuan, menggabungkan, atau membentuknya untuk aplikasi tertentu. Ciri -ciri unik kanta ini, seperti ketepatan yang tinggi dan keupayaan untuk mengendalikan rasuk laser tenaga yang tinggi, menjadikannya komponen penting dalam teknologi moden.

Jenis kanta laser optik

Kanta sfera

Ciri -ciri: Kanta sfera dicirikan oleh kuasa refraktif mereka dan kelengkungan permukaan lensa mereka. Bergantung pada sama ada lensa adalah cembung atau cekung, mereka boleh menumpuk atau menyimpang sinar cahaya. Sebagai contoh, lensa sfera cembung plano - lebih tebal di tengah dan boleh memfokuskan rasuk laser collimated ke satu titik.

Aplikasi: Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi fokus laser asas, seperti dalam pemotongan laser mudah atau menandakan sistem di mana fokus yang agak asas bagi rasuk laser diperlukan.

Kanta aspherical

Ciri -ciri: Kanta aspherical direka untuk membetulkan penyimpangan. Dalam cahaya monokromatik, mereka dapat menangani isu -isu seperti kesilapan ketajaman imej dan penyelewengan. Mereka sering digunakan apabila tumpuan yang lebih tepat dari rasuk laser diperlukan, kerana mereka dapat mengurangkan penyimpangan sfera dengan ketara berbanding dengan kanta sfera.

Aplikasi: Permohonan tipikal adalah memberi tumpuan kepada rasuk collimated ke serat optik. Dalam sistem komunikasi optik serat, kanta aspherical membantu dalam cahaya laser gandingan dengan cekap ke dalam serat, memastikan kehilangan isyarat yang minimum.

Kanta silinder
​
Ciri -ciri: Kanta silinder, yang terdapat dalam bentuk bulat dan segi empat tepat, direka untuk membuat garis atau pengembangan rasuk dalam satu arah. Plano - Concave dan Plano - Kanta silinder cembung boleh mengubah bentuk rasuk laser. Sebagai contoh, kanta silinder cembung plano - cembung boleh mengubah rasuk laser bulat ke dalam rasuk berbentuk garis.

Aplikasi: Mereka digunakan secara meluas dalam aplikasi di mana rasuk laser berbentuk garis diperlukan, seperti dalam pengimbasan laser untuk pembaca kod bar atau dalam beberapa teknik pemprosesan bahan di mana rasuk laser yang panjang dan sempit diperlukan untuk memotong atau mengukir ke arah tertentu.

Kanta Axicon

Ciri -ciri: Kanta Axicon, juga dikenali sebagai kanta konik atau prisma simetri berputar, mempunyai permukaan kerucut dan bukannya melengkung seperti kanta tradisional. Lensa Axicon yang tipikal mempunyai bentuk plano - cembung. Mereka digunakan untuk menukar rasuk laser collimated ke tempat berbentuk cincin atau garis fokus.

Aplikasi: Dalam sesetengah aplikasi perubatan, seperti dalam beberapa jenis prosedur pembedahan berasaskan laser, kanta Axicon boleh digunakan untuk membuat corak penyampaian tenaga laser tertentu. Mereka juga digunakan dalam beberapa persediaan penyelidikan saintifik untuk mewujudkan corak cahaya yang unik.

Kanta Powell

Ciri -ciri: Lensa Powell adalah kanta khusus yang digunakan untuk menukar rasuk laser collimated dengan pengagihan intensiti Gaussian ke dalam garis lurus, seragam. Berbanding dengan kanta silinder standard, yang menghasilkan garisan rasuk laser dengan profil intensiti Gaussian, kanta Powell menghasilkan garis laser dengan pengagihan tenaga yang lebih seragam di seluruh garis laser.

Aplikasi: Mereka sering digunakan dalam aplikasi perindustrian seperti dimensi laser, di mana rasuk laser berbentuk yang sangat seragam diperlukan untuk pengukuran yang tepat.

Prinsip Kerja Kanta Laser Optik

Memberi tumpuan dan kolimasi

Memfokuskan: Apabila rasuk laser melepasi kanta fokus, seperti kanta cembung plano, lensa membongkok sinar cahaya ke arah titik fokus. Panjang fokus lensa ditentukan oleh faktor -faktor seperti saiz rasuk laser input, saiz tempat yang dikehendaki, dan kedalaman fokus yang diperlukan. Sebagai contoh, dalam mesin pemotong laser, kanta fokus digunakan untuk menumpukan rasuk laser ke tempat yang kecil, meningkatkan ketumpatan tenaga pada ketika itu untuk mengurangkan bahan dengan berkesan.

Collimating: Lensa collimating, sebaliknya, digunakan untuk menukar rasuk laser yang menyimpang dari sumber ke dalam rasuk selari atau collimated. Panjang fokus kanta collimating boleh ditentukan berdasarkan sudut perbezaan laser (FWHM - lebar penuh pada separuh maksimum) dan diameter rasuk laser yang diperlukan. Dalam penunjuk laser, lensa collimating digunakan untuk membuat perjalanan laser perjalanan dalam garis lurus ke atas jarak yang lebih jauh.

Membentuk rasuk

Generasi Talian: Kanta penjana garis laser, seperti kanta Powell atau kanta silinder, digunakan untuk menukar rasuk laser yang collimated ke dalam garis. Proses ini melibatkan lentur rasuk laser dalam satu arah untuk menghasilkan output berbentuk garis. Sebagai contoh, dalam alat meratakan berasaskan laser, kanta penjana garis digunakan untuk memproyeksikan garis laser lurus ke permukaan, yang boleh digunakan untuk tujuan penjajaran.

Generasi Cincin: Kanta Axicon digunakan untuk menghasilkan rasuk laser berbentuk cincin. Permukaan conical lensa Axicon menyebabkan rasuk laser diarahkan dengan cara yang membentuk corak berbentuk cincin pada jarak tertentu dari lensa. Ini berguna dalam aplikasi di mana pengedaran tenaga laser berbentuk cincin diperlukan, seperti dalam beberapa eksperimen perangkap optik dalam fizik.

Aplikasi kanta laser optik

Pemprosesan bahan

Pemotongan dan kimpalan: Dalam aplikasi pemotongan dan kimpalan laser, kanta laser optik digunakan untuk memfokuskan rasuk laser ke tempat ketumpatan tenaga yang tinggi. Lensa laser kuasa tinggi, sering diperbuat daripada bahan -bahan seperti zink selenide (ZnSE) untuk laser Co₂, mampu menahan tahap tenaga yang tinggi. Sebagai contoh, dalam industri automotif, kanta laser digunakan untuk memotong dan mengimpal bahagian logam dengan ketepatan yang tinggi.

Menandakan dan ukiran: Sistem penandaan dan ukiran laser menggunakan kanta untuk memfokuskan rasuk laser ke permukaan bahan. Kanta membolehkan kawalan tepat tenaga laser di permukaan, yang digunakan untuk membuat tanda atau ukiran. Jenis lensa yang berbeza boleh digunakan bergantung kepada bahan yang ditandakan dan kualiti tanda yang dikehendaki.

Aplikasi perubatan

Pembedahan: Dalam prosedur pembedahan yang dibantu laser, kanta laser optik digunakan untuk mengarahkan dan memfokuskan rasuk laser dengan tepat. Sebagai contoh, dalam pembedahan mata, kanta digunakan untuk memfokuskan rasuk laser untuk membetulkan masalah penglihatan. Kanta perlu berkualiti tinggi untuk memastikan penghantaran tenaga laser yang tepat kepada tisu sasaran.

Diagnostik: Dalam beberapa peralatan diagnostik perubatan, kanta laser digunakan untuk mengarahkan cahaya laser ke sampel biologi. Cahaya yang dicerminkan atau dihantar kemudiannya boleh dianalisis untuk mendapatkan maklumat mengenai sampel. Sebagai contoh, dalam teknik diagnostik berasaskan pendarfluor, kanta digunakan untuk memfokuskan cahaya laser pengujaan ke sampel dan mengumpul cahaya pendarfluor yang dipancarkan.

Penyelidikan saintifik

Perangkap Optik: Dalam eksperimen perangkap optik, kanta axicon dan kanta khusus lain digunakan untuk membuat corak rasuk laser yang unik. Corak ini boleh digunakan untuk memerangkap dan memanipulasi zarah -zarah kecil, seperti sel atau nanopartikel, untuk mengkaji sifat mereka.

Spektroskopi: Kanta laser digunakan dalam persediaan spektroskopi untuk mengarahkan rasuk laser ke sampel dan mengumpul cahaya yang dipancarkan atau diserap oleh sampel. Jenis lensa yang berbeza digunakan bergantung kepada teknik spektroskopi tertentu, seperti spektroskopi Raman atau spektroskopi penyerapan.

Memilih lensa laser optik yang betul

Apabila memilih lensa laser optik, beberapa faktor perlu dipertimbangkan:

Keserasian panjang gelombang

Laser yang berbeza beroperasi pada panjang gelombang yang berbeza. Sebagai contoh, laser CO₂ biasanya beroperasi pada 10.6 μm, manakala ND: YAG laser beroperasi pada 1.064 μm. Bahan lensa dan salutan perlu bersesuaian dengan panjang gelombang laser. Sebagai contoh, kanta yang diperbuat daripada zink selenide (ZnSE) sesuai untuk laser CO₂, manakala lensa yang diperbuat daripada silika yang bersatu sering digunakan untuk laser inframerah yang kelihatan dan dekat.

Kuasa dan Tenaga Laser

Laser kuasa tinggi memerlukan kanta yang dapat menahan tahap tenaga yang tinggi tanpa kerosakan. Bahan lensa dan salutan harus mempunyai ambang kerosakan laser yang tinggi. Dalam aplikasi pemotongan laser kuasa tinggi, kanta dengan ambang kerosakan yang tinggi adalah penting untuk memastikan operasi jangka panjang dan boleh dipercayai.

Permohonan - Keperluan khusus

Bergantung pada aplikasi, seperti fokus, collimating, atau rasuk yang membentuk, jenis lensa yang sesuai perlu dipilih. Sebagai contoh, jika rasuk laser berbentuk garis diperlukan untuk aplikasi tinjauan, lensa silinder atau Powell akan menjadi pilihan yang tepat.

Perbandingan kanta laser optik yang berbeza

Kesimpulan

Kanta laser optik adalah komponen penting dalam pelbagai aplikasi, dari pemprosesan bahan ke penyelidikan perubatan dan saintifik. Jenis lensa yang berbeza, masing -masing dengan ciri -ciri unik dan prinsip kerja mereka, menawarkan pelbagai cara untuk memanipulasi rasuk laser. Dengan berhati -hati mempertimbangkan faktor -faktor seperti keserasian panjang gelombang, kuasa laser, dan aplikasi - keperluan khusus, lensa laser optik yang betul boleh dipilih untuk memastikan prestasi optimum dalam mana -mana sistem berasaskan laser. Memandangkan teknologi terus maju, reka bentuk dan prestasi kanta laser optik juga mungkin bertambah baik, membolehkan aplikasi laser yang lebih tepat dan cekap pada masa akan datang.