نحوه انتخاب فیلتر نوری مناسب: راهنمای انتخاب عملی

یک سیستم لیزری فقط به اندازه اپتیک داخل آن دقیق است. آینه ها پرتو را هدایت می کنند، لنزها آن را متمرکز می کنند - اما زمانی که یک سیستم نیاز به تغییر جهت، تغییر شکل یا جداسازی طیفی نور با حداقل تلفات دارد، یک منشور نوری سفارشی اغلب پاسخ درستی است. منشورهای خارج از قفسه هندسه های استاندارد و طول موج های رایج را کنترل می کنند. منشورهای سفارشی مشکلات سخت‌تر را حل می‌کنند: زوایای غیر استاندارد، محیط‌های پرقدرت، محدوده‌های UV یا IR، و محدودیت‌های فضایی کم که کاتالوگ‌های استاندارد به سادگی به آن توجه نمی‌کنند.

این مقاله عملکردهای اصلی منشورهای سفارشی را در سیستم های لیزری و تصمیمات مهندسی که تعیین می کند آیا یک منشور انجام می دهد یا از کار می افتد، پوشش می دهد.

فرمان پرتو و کنترل جهت

مستقیم ترین کاربرد منشور در سیستم لیزر تغییر جهت پرتو است. برخلاف یک آینه تخت، یک منشور پرتو را از طریق بازتاب داخلی کامل (TIR) ​​یا شکست کنترل شده - بدون نیاز به پوشش در سطح بازتابنده، هدایت می کند. این امر باعث دوام بیشتر منشورها در محیط‌هایی با نرخ تکرار بالا می‌شود که در آن پوشش‌های آینه‌ای می‌توانند تحت قرار گرفتن در معرض لیزر پایدار تخریب شوند.

منشورهای قائم الزاویه برای انحرافات 90 درجه استاندارد هستند. منشورهای پوررو پرتوهای بازتابی با چرخش 180 درجه. برای زوایای غیر استاندارد - 30 درجه، 45 درجه، 60 درجه یا مقادیر سفارشی - هندسه منشور باید به طور خاص برای کاربرد محاسبه و ساخته شود. اینجاست که ساخت سفارشی ضروری می شود: یک خطای 1 تا 2 دقیقه قوس در تحمل زاویه می تواند کل مسیر نوری را در سیستم های دقیق مانند تداخل سنج یا فاصله یاب لیزری نادرست تراز کند.

برای سیستم هایی که به فرمان قابل تنظیم نیاز دارند، منشورهای نوری دقیق برای مصارف صنعتی و علمی مانند منشورهای گوه معمولاً در پیکربندی های ضد چرخش جفت می شوند. با چرخاندن دو گوه نسبت به یکدیگر، پرتو را می توان بدون هیچ آینه متحرکی در سراسر مخروطی از زاویه ها هدایت کرد - یک راه حل فشرده و قوی که در سیستم های اسکن لیزری و هدف گیری استفاده می شود.

شکل دهی پرتو: از بیضوی تا دایره ای

دیودهای لیزر یک پرتو نامتقارن تولید می کنند - محور سریع و محور آهسته با سرعت های متفاوتی از هم جدا می شوند و یک مقطع بیضی شکل ایجاد می کنند. برای اکثر کاربردهای اپتیک پایین دست و کوپلینگ فیبر، یک پرتو دایره ای مورد نیاز است. جفت منشور آنامورفیک مستقیماً این را حل می کند.

یک جفت منشور با زوایای منطبق، پرتو را در امتداد یک محور بدون تأثیر بر محور دیگر منبسط می‌کند و نمای بیضوی را به شکلی نزدیک به دایره تبدیل می‌کند. جهت پرتو بدون تغییر می ماند - یک نیاز حیاتی در سیستم هایی که پایداری اشاره اهمیت دارد. منشورهای آنامورفیک سفارشی با نسبت بزرگنمایی (معمولاً 2:1 تا 4:1)، ابعاد پرتو ورودی و طول موج مشخص می‌شوند که باعث می‌شود بین مدل‌های دیود لیزری مختلف قابل تعویض نباشند. بازتابنده های نوری طراحی شده برای کاربردهای هدایت پرتو لیزر اغلب در کنار جفت های آنامورفیک برای تکمیل مرحله تهویه پرتو استفاده می شوند.

کنترل پراکندگی و جداسازی طول موج

منشورها می توانند یک پرتو لیزر چندموجی را به اجزای طیفی آن جدا کنند - یا دقیقاً پراکندگی سرعت گروهی (GVD) را در سیستم های لیزر فوق سریع جبران کنند. این دو تابع از اصل فیزیکی یکسانی (ضریب شکست وابسته به طول موج) استفاده می‌کنند اما اهداف مهندسی متضادی را ارائه می‌کنند.

در طیف سنجی و تنظیم لیزری منشورهای متساوی الاضلاع یا پلین بروکا پرتو را در طول موج های تشکیل دهنده آن پراکنده می کنند. برای مثال، منشور Pellin-Broca، یک طول موج انتخاب شده را دقیقاً در 90 درجه منحرف می کند در حالی که سایر طول موج ها را منحرف می کند - و آن را برای جداسازی یک هارمونیک منفرد از یک منبع لیزری چند خطی ایده آل می کند.

در سیستم های لیزر فوق سریع (پالس فمتوثانیه و پیکوثانیه)، از جفت منشور برای جبران پراکندگی استفاده می شود. همانطور که یک پالس کوتاه از طریق شیشه و سایر عناصر نوری منتشر می شود، طول موج های مختلف با سرعت های کمی متفاوت حرکت می کنند و پالس را کشیده می شوند. یک جفت منشور GVD منفی را برای خنثی کردن آن معرفی می کند و پالس را به مدت زمان طراحی آن فشرده می کند. هندسه - جداسازی منشور، زاویه راس، و مواد - باید برای پهنای پالس خاص و باند طول موج محاسبه شود. ساخت سفارشی در اینجا اختیاری نیست. هندسه اشتباه به سادگی جبران نمی کند. جفت کردن اینها با لنزهای نوری برای کیفیت پرتو و عملکرد سیستم بهینه شده اند تضمین می کند که مسیر پرتو کامل یکپارچگی پالس را حفظ می کند.

انتخاب مواد و پوشش

منشوری که در 633 نانومتر کار می کند ممکن است در 266 نانومتر یا 10.6 میکرومتر کاملاً اشتباه باشد. انتخاب مواد با محدوده طول موج و چگالی توان تعیین می شود:

• N-BK7 350 تا 2000 نانومتر را پوشش می‌دهد، همگنی و بازدهی مناسبی را ارائه می‌دهد و برای اکثر سیستم‌های لیزر قابل مشاهده و نزدیک به IR مناسب است. آستانه آسیب ناشی از لیزر (LIDT) برای کاربردهای با توان متوسط ​​کافی است.
• سیلیس ذوب شده UV انتقال را تا ۱۹۵ نانومتر گسترش می‌دهد، LIDT بالاتری نسبت به BK7 دارد و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری دارد - برای محیط‌های لیزر UV پرقدرت یا پالسی ضروری است.
• فلوراید کلسیم (CaF2) و سلنید روی (ZnSe) سیستم های IR را در جایی که شیشه استاندارد مات است، ارائه دهید.

پوشش ها به همان اندازه اهمیت دارند. پوشش های ضد انعکاس (AR). در سطوح ورودی و خروجی تلفات فرنل را به کمتر از 0.5 درصد در هر سطح کاهش می‌دهد - در حفره‌های لیزری با بهره بالا که حتی انعکاس‌های کوچک باعث ناپایداری می‌شوند، بسیار مهم است. برای منشورهایی که در داخل تشدید کننده لیزر استفاده می شوند، پوشش ها باید با طول موج و انرژی پالس خاص لیزر مطابقت داشته باشند تا از آسیب به پوشش جلوگیری شود. ببین چطور منشورهای نوری دقت را در کاربردهای علمی و صنعتی افزایش می دهند برای یک دید کلی بیشتر از الزامات عملکرد.

پارامترهای کلیدی هنگام تعیین یک منشور سفارشی

سفارش یک منشور سفارشی به چیزی بیش از یک طرح هندسی نیاز دارد. پارامترهای زیر مستقیماً بر عملکرد سیستم تأثیر می گذارند و باید دقیقاً مشخص شوند:

• تحمل زاویه : به طور معمول ± 1-5 دقیقه قوسی برای استفاده عمومی. ± 10 ثانیه قوس یا محکم تر برای کاربردهای تداخل سنجی یا حفره
• صافی سطح : بیان شده در کسری از طول موج (به عنوان مثال λ/10 در 632.8 نانومتر) - تلرانس های سخت تر هزینه و زمان انجام را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
• کیفیت سطح : با مشخصات حفاری خراش تعریف شده است (به عنوان مثال، 10-5 برای درجه لیزر، 40-20 برای استفاده صنعتی)
• دیافراگم شفاف : ناحیه نوری قابل استفاده - معمولا ≥80-90٪ از دیافراگم فیزیکی
• مشخصات پوشش : محدوده طول موج، زاویه تابش و حداقل LIDT برای منبع لیزر مورد نظر

زمان سرب از روز برای هندسه های ساده در مواد ذخیره شده تا چندین هفته برای اشکال پیچیده یا بسترهای عجیب و غریب متغیر است. درگیر کردن زودهنگام سازنده - قبل از نهایی کردن طرح نوری - از طراحی مجدد پرهزینه جلوگیری می کند و اجازه می دهد تا مبادلات تحمل در سراسر سیستم ارزیابی شود. طیف کامل ما را کاوش کنید لنزهای نوری با کارایی بالا برای فوکوس پرتو لیزر برای تکمیل انتخاب منشور شما در یک مجموعه تهویه کامل پرتو.