Зачем использовать цилиндрический/плоский лазерный луч?

Большинство лазерных лучей являются гауссовыми, но в некоторых случаях может быть полезно иметь негауссовский профиль излучения. Симметричное распределение энергетической освещенности гауссова луча уменьшается по мере увеличения расстояния от центра поперечного сечения лазерного луча. Плоские или цилиндрические лучи имеют постоянное распределение энергетической освещенности по поперечному сечению лазерного луча (рис. 1). Некоторые приложения, которые выигрывают от постоянной интенсивности на заданной площади, включают обработку полупроводниковых пластин, нелинейное преобразование частоты при высоких уровнях мощности и обработку материалов. Лучи с плоской вершиной обычно дают более точные и предсказуемые результаты, такие как более четкие срезы и более острые края, чем лучи Гаусса, но они сопряжены с дополнительной сложностью и стоимостью системы.

Рисунок 1: Гауссовы лучи тратят энергию как из-за избыточной энергии выше порога, необходимого для применения, так и из-за энергии ниже порога во внешних частях гауссова луча. Цилиндрические/плоские верхние лучи более эффективны, поскольку они превосходят пороговое значение при минимальных потерях энергии.

 

 

Гауссовы лучи
Высококачественные одномодовые лазеры создают гауссово распределение излучения низкого порядка, моду TEM00. Гауссовский луч с той же средней оптической мощностью, что и лазерный луч с цилиндрической/плоской вершиной, имеет удвоенную пиковую плотность энергии по сравнению с лазерным лучом с цилиндрической/плоской вершиной (рис. 2). Гауссовский луч остается постоянным при преобразовании; поэтому, когда луч распространяется через систему, профиль луча остается распределенным по Гауссу, даже если размер луча изменяется. Это связано с тем, что преобразование Фурье функции Гаусса является другой функцией Гаусса. Свет претерпевает преобразование Фурье, распространяясь в бесконечность или фокусируясь через идеальную линзу. Чтобы узнать больше о лазерных режимах, таких как TEM00, посетите нашу заметку по применению режима лазерного резонатора.

Рисунок 2: Гауссовский луч и луч с плоской вершиной при одинаковой оптической мощности, показывающий, что пиковая интенсивность гауссова луча в два раза выше, чем у луча с плоской вершиной.

Лазеры Гаусса более распространены и экономичны, чем другие лазеры, но у них есть несколько недостатков, таких как их «крылья» или области низкой интенсивности, отходящие от используемого центра луча. Если интенсивность крыльев гауссова луча ниже порога, необходимого для приложения, это обычно приводит к потере энергии (рис. 1). Они также вызывают повреждение окружающей области и расширяют зону термического воздействия, что может быть вредным для таких применений, как лазерная хирургия и прецизионная обработка материалов. Резка или формирование мелких деталей с помощью гауссовой балки приводит к меньшей точности, чем с цилиндрической/плоской верхней балкой, из-за большей зоны термического влияния балки, что делает цилиндрическую/плоскую верхнюю балку лучшим выбором для таких приложений.

 

 

верхняя шляпа / плоские верхние балки

Один из способов оценить, насколько реальная балка близка к идеальной балке с плоской вершиной, — это использовать коэффициент плоскостности (F_η). Это определяется путем деления среднего значения освещенности на максимальное значение освещенности, как описано.

 

Fη=Среднее излучение / Максимальное излучение

 

Отсутствие крыльев и более крутые переходы краев в цилиндрических/плоских балках обеспечивают более эффективную передачу энергии и меньшую зону теплового воздействия. Это выгодно для широкого спектра применений, где приоритетом является высокая точность и минимизация ущерба окружающей среде. В метрологических приложениях, таких как тестирование порога повреждения, вызванного лазером (LIDT), однородный и четко определенный профиль цилиндрической/плоской верхней балки снижает погрешность измерения и статистическую дисперсию.

 

Лучи с цилиндрической/плоской вершиной не так эффективны с точки зрения затрат, как лучи с гауссовской диаграммой, потому что для преобразования выходного сигнала лазера в луч с цилиндрической/плоской вершиной требуется дополнительный компонент формирования луча (рис. 3). Этот компонент формирования луча может быть встроен в лазерный источник или размещен снаружи лазера. Эти дополнительные формирователи луча чувствительны к выравниванию xy и зависят от диаметра входного луча. Лазерный луч цилиндрической/плоской вершины не остается постоянным при преобразовании. Таким образом, профиль луча падающего цилиндрического/плоского луча не сохраняется естественным образом по мере распространения луча. Преобразование Фурье функции цилиндра/плоского верха представляет собой функцию пятна Эйри, что означает, что луч цилиндра/плоского верха в конечном итоге превратится в пятно Эйри.

Рисунок 3: Анимация преобразования профиля луча между распределением Гаусса и распределением с плоской вершиной.

 

 

Использование высоких/плоских лазерных лучей предлагает ряд преимуществ для различных промышленных и научных приложений. Благодаря равномерному распределению энергии и способности уменьшать тепловые линзы и размер пятна, этот тип луча может помочь повысить точность, согласованность и эффективность многих различных лазерных процессов.

 

SDQY Laser - это завод по производству машин для лазерной очистки с технической мощью. У нас есть профессиональная команда по исследованиям и разработкам, которая предоставляет клиентам высококачественное и высокопроизводительное оборудование для лазерной очистки, в том числе 200 Вт, 300 Вт, 500 Вт с цилиндрическими / плоскими лучами и 100 Вт, 200 Вт, 300 Вт, 1000 Вт лазерные машины для очистки с гауссовым лучом. В то же время мы также можем предоставить индивидуальные решения для автоматической лазерной очистки в соответствии с потребностями клиентов, чтобы удовлетворить различные потребности клиентов.

В дальнейшем развитии мы продолжим придерживаться принципа «прежде всего качество, прежде всего обслуживание», постоянно улучшать качество продуктов и услуг и предоставлять клиентам лучшие решения для лазерной очистки. Добро пожаловать клиентов из всех слоев общества, чтобы связаться с нами и создать лучшее будущее вместе!