Оптические лазерные линзы: типы, приложения и принципы работы

Оптическая лазерная линза Играйте ключевую роль в различных лазерных системах. Они предназначены для манипулирования лазерными лучами, будь то фокусировка, коллимирование или формирование их для конкретных применений. Уникальные свойства этих линз, такие как высокая точность и способность обрабатывать высокие энергетические лазерные лучи, делают их важными компонентами в современных технологиях.

Types of Optical Laser Lenses​

Сферические линзы

Характеристики: Сферические линзы характеризуются их рефракционной силой и кривизными поверхностями линзы. В зависимости от того, является ли линза выпуклым или вогнутым, они могут сходиться или расходиться с легкими лучами. Например, выпуктная сферическая линза Plano - толще в центре и может сосредоточиться на коллимированной лазерной луче до определенной точки.

Приложения: Они обычно используются в базовых приложениях с фокусировкой лазера, например, в простых системах лазерной резки или маркировки, где требуется относительно базовая фокусировка лазерного луча.

Асферические линзы

Характеристики: Асферические линзы предназначены для исправления аберраций. В монохроматическом свете они могут решать такие проблемы, как ошибки резкости изображения и искажения. Они часто используются, когда необходима более точная фокусировка лазерного луча, поскольку они могут значительно снизить сферическую аберрацию по сравнению со сферическими линзами.

Приложения: Типичным применением является фокусировка коллимированного луча на оптическом волокне. В оптоволокнистых системах связи асферические линзы помогают в эффективном соединении лазерного света в волокне, обеспечивая минимальную потерю сигнала.

Цилиндрические линзы
​
Характеристики: Цилиндрические линзы, доступные в круглых и прямоугольных формах, предназначены для создания линий или расширения лучей в одном направлении. Plano - Вогнутые и Плано - Выпуклые цилиндрические линзы могут изменить форму лазерного луча. Например, плано -выпуклая цилиндрическая линза может преобразовать круглую лазерную луч в линию - в форме луча.

Приложения: Они широко используются в приложениях, где требуется лазерная луча в форме линии, например, при лазерном сканировании для считывателей штрих -кодов или в некоторых методах обработки материала, где для резки или гравировки в определенном направлении требуется длинный узкий лазерный луч.

Линзы аксиконов

Характеристики: Линзы аксикон, также известные как конические линзы или ротационно симметричные призмы, имеют коническую поверхность вместо изогнутой, как традиционные линзы. Типичная линза аксиконов имеет плановую форму. Они используются для преобразования коллимированного лазерного луча в пятно в форме кольца или фокусную линию.

Приложения: В некоторых медицинских приложениях, таких как в определенных типах лазерных хирургических процедур, линзы аксиконов могут использоваться для создания определенной схемы доставки лазерной энергии. Они также используются в некоторых научных исследованиях для создания уникальных световых узоров.

Пауэлл Линзы

Характеристики: Линзы Powell - это специализированные линзы, используемые для преобразования коллимированных лазерных лучей с гауссовыми распределениями интенсивности в прямые, равномерные линии. По сравнению со стандартными цилиндрическими линзами, которые производят линии лазерного луча с гауссовыми профилями интенсивности, линзы Пауэлла генерируют лазерные линии с гораздо более равномерным распределением энергии по лазерным линиям.

Приложения: Они часто используются в промышленных приложениях, таких как лазерное размеры, где для точных измерений требуется высоконимерная линия - форма в форме.

Рабочие принципы оптических лазерных линз

Фокусируя и коллимируя

Фокусировка: Когда лазерная луч проходит через фокус -объектив, такой как плановая линза, объектив изгибает световые лучи к фокусу. Фокусное расстояние линзы определяется такими факторами, как размер входного лазерного луча, желаемый размер пятна и необходимая глубина фокуса. Например, в лазерной режущей машине используется фокусирующая линза для концентрации лазерного луча в небольшом месте, увеличивая плотность энергии в этой точке, чтобы эффективно прорезать материал.

Коллимирование: Коллимирующая линза, с другой стороны, используется для преобразования расходящегося лазерного луча из источника в параллельный или коллимированный луч. Фокусное расстояние коллимирующей линзы может быть определена на основе угла дивергенции лазерной дивергенции (FWHM - полная ширина на половине максимума) и требуемый диаметр лазерного луча. В лазерном указателе коллимирующая линза используется, чтобы сделать лазерный луч двигаться по прямой линии на более длинном расстоянии.

Формирование луча

Поколение линии: Линзы с генераторами лазерной линии, такие как линзы Пауэлла или цилиндрические линзы, используются для преобразования коллимированного лазерного луча в линию. Процесс включает изгиб лазерный луч в одном направлении, чтобы создать выходной сигнал линии. Например, в лазерном инструменте выравнивания на основе линии - генераторной линзы для проецирования прямой лазерной линии на поверхность, которую можно использовать для целей выравнивания.

Поколение кольца: Линзы аксиконов используются для генерации лазерного луча в форме кольца. Коническая поверхность линзы аксикона заставляет перенаправление лазерного луча таким образом, чтобы образец формовой рисунок с кольцом на определенном расстоянии от объектива. Это может быть полезно в приложениях, где требуется распределение лазерной энергии в форме кольца, например, в некоторых экспериментах по оптическому улавливанию в физике.

Применение оптических лазерных линз

Обработка материала

Резка и сварка: В приложениях для лазерной резки и сварки оптические лазерные линзы используются для фокусировки лазерного луча на пятно с высокой плотностью энергии. Высокие - лазерные линзы, часто изготовленные из таких материалов, как селен цинка (ZnSe) для лазеров CO₂, способны выдерживать высокие уровни энергии. For example, in the automotive industry, laser lenses are used to cut and weld metal parts with high precision.​

Маркировка и гравюра: Лазерные системы маркировки и гравировки используют линзы, чтобы сосредоточить лазерный луч на поверхности материала. Объектив позволяет точно контролировать лазерную энергию на поверхности, которая используется для создания знаков или гравюр. Различные типы линз могут быть использованы в зависимости от помеченного материала и желаемого качества марки.

Медицинские заявки

Операция: В лазерных - вспомогательных хирургических процедурах оптические лазерные линзы используются для определения направления и точно сосредоточить лазерный луч. Например, в офтальмологической хирургии линзы используются для фокусировки лазерного луча для исправления проблем зрения. Линзы должны быть высокого качества, чтобы обеспечить точную доставку лазерной энергии в ткань -мишени.

Диагностика: В некотором медицинском диагностическом оборудовании лазерные линзы используются для направления лазерного света на биологические образцы. Отраженный или переданный свет может быть проанализирован, чтобы получить информацию о образце. Например, в методах диагностики на основе флуоресценции линзы используются для фокусировки лазерного света возбуждения на образце и сбора испускаемого флуоресцентного света.

Научные исследования

Оптическое захват: В экспериментах по оптическому улавливанию линзы аксикон и другие специализированные линзы используются для создания уникальных паттернов лазерного луча. Эти паттерны могут быть использованы для ловушки и манипулирования небольшими частицами, такими как клетки или наночастицы, для изучения их свойств.

Спектроскопия: Лазерные линзы используются в настройках спектроскопии для направления лазерного луча на образцо и собирать свет, излучаемый или поглощенный образцом. Различные типы линз используются в зависимости от конкретной спектроскопической методики, такой как спектроскопия комбинационного рассеяния или спектроскопия абсорбции.

Выбор правильного оптического лазерного объектива

При выборе оптического лазерного объектива необходимо учитывать несколько факторов:

Совместимость длины волны

Различные лазеры работают на разных длин волн. Например, лазеры CO₂ обычно работают при 10,6 мкм, в то время как лазеры ND: YAG работают при 1,064 мкм. Материал и покрытие объектива должны быть совместимы с длиной волны лазера. Например, линзы, изготовленные из селенида цинка (ZNSE), подходят для лазеров CO₂, в то время как линзы из слитого кремнезема часто используются для видимых и близких инфракрасных лазеров.

Лазерная власть и энергия

Высокие - мощные лазеры требуют линз, которые могут противостоять высоким уровням энергии без повреждений. Материал и покрытие объектива должны иметь высокий порог повреждения лазера. В приложениях с высоким содержанием лазерной резки линзы с высокими порогами повреждения необходимы для обеспечения долгосрочной и надежной работы.

Приложение - конкретные требования

В зависимости от приложения, такого как фокусировка, коллимирование или формирование луча, необходимо выбрать соответствующий тип объектива. Например, если для применения для съемки требуется лазерная луча с формой формы, цилиндрическая или пауэлл объектив будет правильным выбором.

Сравнение различных оптических лазерных линз

Заключение

Оптические лазерные линзы являются важными компонентами в широком спектре применения, от переработки материалов до медицинских и научных исследований. Различные типы линз, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и принципы работы, предлагают множество способов манипулировать лазерными лучами. Тщательно рассмотрив такие факторы, как совместимость с длиной волны, лазерная мощность и конкретные требования применения, можно выбрать правильную оптическую лазерную линзу для обеспечения оптимальной производительности в любой лазерной системе. По мере того, как технология продолжает продвигаться, проектирование и производительность оптических лазерных линз также, вероятно, улучшатся, что позволит еще более точным и эффективным лазерным приложениям в будущем. .