لنزهای لیزر نوری: انواع ، برنامه ها و اصول کار

لنز لیزر نوری نقش مهمی در سیستم های مختلف مبتنی بر لیزر بازی کنید. آنها برای دستکاری پرتوهای لیزری ، خواه تمرکز ، جمع شدن یا شکل دادن آنها برای کاربردهای خاص طراحی شده اند. خصوصیات منحصر به فرد این لنزها ، مانند دقت بالا و توانایی رسیدگی به پرتوهای لیزر با انرژی بالا ، آنها را در فن آوری مدرن به اجزای اساسی تبدیل می کند.

انواع لنزهای لیزر نوری

لنزهای کروی

خصوصیات: لنزهای کروی با قدرت انکسار و انحنای سطوح لنز آنها مشخص می شوند. بسته به اینکه لنز محدب باشد یا مقعر ، آنها می توانند پرتوهای نوری را همگرا یا واگرایی کنند. به عنوان مثال ، یک لنز کروی Plano - محدب در مرکز ضخیم تر است و می تواند یک پرتو لیزر جمع شده را به یک نقطه متمرکز کند.

برنامه ها: آنها معمولاً در برنامه های اصلی تمرکز لیزر ، مانند در سیستم های ساده برش یا مارک لیزر که در آن تمرکز نسبتاً اساسی پرتو لیزر مورد نیاز است ، مورد استفاده قرار می گیرد.

لنزهای

خصوصیات: لنزهای آسفریک برای اصلاح ناهنجاری ها طراحی شده اند. در نور تک رنگ ، آنها می توانند به موضوعاتی مانند خطاهای وضوح تصویر و اعوجاج بپردازند. آنها غالباً در صورت نیاز به تمرکز دقیق تر پرتو لیزر مورد استفاده قرار می گیرند ، زیرا می توانند نسبت به لنزهای کروی ، انحراف کروی را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

برنامه ها: یک کاربرد معمولی تمرکز یک پرتوی جمع شده بر روی فیبر نوری است. در سیستم های ارتباطی فیبر - نوری ، لنزهای آسفریکال در اتصال کارآمد نور لیزر به فیبر کمک می کنند و از دست دادن حداقل سیگنال اطمینان می دهند.

لنزهای استوانه ای
​
خصوصیات: لنزهای استوانه ای ، موجود در اشکال گرد و مستطیل ، برای ایجاد خطوط یا گسترش پرتو در یک جهت طراحی شده اند. Plano - مقعر و Plano - لنزهای استوانه ای محدب می توانند شکل پرتو لیزر را تغییر دهند. به عنوان مثال ، یک لنز استوانه ای Plano - محدب می تواند یک پرتو لیزر دایره ای را به یک پرتوی خط شکل تبدیل کند.

برنامه ها: آنها به طور گسترده ای در برنامه هایی مورد استفاده قرار می گیرند که یک پرتو لیزر خط به شکل مورد نیاز است ، مانند اسکن لیزر برای خوانندگان بارکد یا در برخی از تکنیک های پردازش مواد که در آن یک پرتو لیزر طولانی و باریک برای برش یا حکاکی در یک جهت خاص مورد نیاز است.

لنزهای ایکسیون

خصوصیات: لنزهای آکسیون ، همچنین به عنوان لنزهای مخروطی یا منشور متقارن چرخشی شناخته می شوند ، به جای یک خمیده مانند لنزهای سنتی ، یک سطح مخروطی دارند. یک لنز معمولی آکیکسیون دارای شکل Plano - محدب است. آنها برای تبدیل یک پرتو لیزر جمع شده به یک حلقه شکل یا یک خط کانونی استفاده می شوند.

برنامه ها: در برخی از کاربردهای پزشکی ، مانند انواع خاصی از روشهای جراحی مبتنی بر لیزر ، می توان از لنزهای آکسیونی برای ایجاد الگوی خاصی از تحویل انرژی لیزر استفاده کرد. آنها همچنین در برخی از مجموعه های تحقیقاتی علمی برای ایجاد الگوهای نور منحصر به فرد استفاده می شوند.

لنزهای پاول

خصوصیات: لنزهای پاول لنزهای تخصصی هستند که برای تبدیل پرتوهای لیزر جمع شده با توزیع شدت گاوسی به خطوط مستقیم و یکنواخت استفاده می شوند. در مقایسه با لنزهای استوانه ای استاندارد ، که خطوط پرتو لیزر را با پروفایل های شدت گاوسی تولید می کنند ، لنزهای پاول خطوط لیزر را با توزیع انرژی بسیار یکنواخت تر در سراسر خطوط لیزر تولید می کنند.

برنامه ها: آنها غالباً در برنامه های صنعتی مانند ابعاد لیزر استفاده می شوند ، جایی که یک پرتو لیزر بسیار یکنواخت برای اندازه گیری دقیق مورد نیاز است.

اصول کار لنزهای لیزر نوری

تمرکز و جمع کردن

تمرکز: هنگامی که یک پرتوی لیزر از طریق لنزهای متمرکز مانند یک لنز محدب - محدب عبور می کند ، لنز پرتوهای نور را به سمت یک کانون خم می کند. فاصله کانونی لنز توسط عواملی مانند اندازه پرتو لیزر ورودی ، اندازه نقطه مورد نظر و عمق تمرکز مورد نیاز تعیین می شود. به عنوان مثال ، در یک دستگاه برش لیزر ، از لنزهای فوکوس برای تمرکز پرتو لیزر به یک نقطه کوچک استفاده می شود و چگالی انرژی را در آن نقطه افزایش می دهد تا به طور موثر از طریق مواد بریده شود.

جمع بندی: از طرف دیگر از لنزهای جمع کننده برای تبدیل یک پرتو لیزر واگرا از یک منبع به یک پرتوی موازی یا جمع شده استفاده می شود. فاصله کانونی یک لنز جمع کننده می تواند بر اساس زاویه واگرایی لیزر (FWHM - عرض کامل در نیمی از حداکثر) و قطر پرتو لیزر مورد نیاز تعیین شود. در یک نشانگر لیزر ، از لنزهای جمع کننده برای حرکت پرتو لیزر در یک خط مستقیم با فاصله طولانی تر استفاده می شود.

شکل دهی پرتو

تولید خط: از لنزهای ژنراتور خط لیزر ، مانند لنزهای پاول یا لنزهای استوانه ای ، برای تبدیل یک پرتو لیزر جمع شده به یک خط استفاده می شود. این فرآیند شامل خم شدن پرتو لیزر در یک جهت برای ایجاد خروجی خط شکل است. به عنوان مثال ، در یک ابزار تراز لیزر مبتنی بر لیزر ، از لنزهای ژنراتور خط برای طرح یک خط لیزر مستقیم روی یک سطح استفاده می شود که می تواند برای اهداف تراز استفاده شود.

تولید حلقه: از لنزهای آکسیون برای تولید پرتو لیزر حلقه ای استفاده می شود. سطح مخروطی لنزهای آککسون باعث می شود که پرتو لیزر به گونه ای هدایت شود که یک حلقه شکل در فاصله مشخصی از لنز را تشکیل دهد. این می تواند در برنامه هایی که توزیع انرژی لیزر حلقه ای به شکل نیاز است ، مفید باشد ، مانند برخی از آزمایشات به دام انداختن نوری در فیزیک.

کاربرد لنزهای لیزر نوری

پردازش مواد

برش و جوشکاری: در کاربردهای برش و جوشکاری لیزر ، از لنزهای لیزر نوری برای تمرکز پرتو لیزر به یک نقطه چگالی انرژی بالا استفاده می شود. لنزهای لیزر با قدرت بالا ، که اغلب از موادی مانند روی سلنید روی (ZNSE) برای لیزرهای Co₂ ساخته شده اند ، قادر به تحمل سطح انرژی بالا هستند. به عنوان مثال ، در صنعت خودرو ، از لنزهای لیزر برای برش و جوشکاری قطعات فلزی با دقت بالا استفاده می شود.

علامت گذاری و حکاکی: سیستم های علامت گذاری لیزر و حکاکی از لنزها برای تمرکز پرتو لیزر بر روی سطح مواد استفاده می کنند. این لنز امکان کنترل دقیق انرژی لیزر در سطح را فراهم می کند ، که برای ایجاد علائم یا حکاکی ها استفاده می شود. بسته به مواد مشخص شده و کیفیت مارک مورد نظر ، انواع مختلفی از لنزها را می توان استفاده کرد.

برنامه های پزشکی

عمل جراحی: در روشهای جراحی به کمک لیزر ، از لنزهای لیزر نوری برای هدایت و تمرکز دقیق پرتو لیزر استفاده می شود. به عنوان مثال ، در جراحی چشمی ، از لنزها برای تمرکز پرتو لیزر برای اصلاح مشکلات بینایی استفاده می شود. برای اطمینان از تحویل دقیق انرژی لیزر به بافت هدف ، لنزها باید از کیفیت بالایی برخوردار باشند.

تشخیص: در برخی از تجهیزات تشخیصی پزشکی ، از لنزهای لیزر برای هدایت نور لیزر بر روی نمونه های بیولوژیکی استفاده می شود. سپس می توان نور منعکس شده یا منتقل شده را برای به دست آوردن اطلاعات در مورد نمونه مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. به عنوان مثال ، در تکنیک های تشخیصی مبتنی بر فلورسانس ، از لنزها برای تمرکز نور لیزر تحریک بر روی نمونه و جمع آوری نور فلورسنت ساطع شده استفاده می شود.

تحقیقات علمی

به دام انداختن نوری: در آزمایشات به دام انداختن نوری ، از لنزهای آکسیون و سایر لنزهای تخصصی برای ایجاد الگوهای پرتو لیزر منحصر به فرد استفاده می شود. از این الگوهای می توان برای به دام انداختن و دستکاری ذرات کوچک مانند سلول یا نانوذرات برای مطالعه خواص آنها استفاده کرد.

طیف سنجی: لنزهای لیزر در تنظیمات طیف سنجی برای هدایت پرتو لیزر بر روی نمونه و جمع آوری نور ساطع شده یا جذب شده توسط نمونه استفاده می شود. انواع مختلف لنزها بسته به تکنیک طیف سنجی خاص مانند طیف سنجی رامان یا طیف سنجی جذب استفاده می شود.

انتخاب لنز لیزر نوری مناسب

هنگام انتخاب لنز لیزر نوری ، باید چندین عامل در نظر گرفته شود:

سازگاری طول موج

لیزرهای مختلف در طول موج های مختلف کار می کنند. به عنوان مثال ، لیزرهای Co₂ به طور معمول در 10.6 میکرومتر کار می کنند ، در حالی که لیزرهای ND: YAG در 1.064 میکرومتر کار می کنند. مواد و روکش لنز باید با طول موج لیزر سازگار باشد. به عنوان مثال ، لنزهای ساخته شده از سلنید روی (ZNSE) برای لیزرهای Co₂ مناسب هستند ، در حالی که لنزهای ساخته شده از سیلیس ذوب شده اغلب برای لیزرهای قابل مشاهده و نزدیک استفاده می شوند.

قدرت و انرژی لیزر

لیزرهای با قدرت بالا به لنزهایی احتیاج دارند که می توانند بدون آسیب در برابر سطح انرژی بالا مقاومت کنند. مواد و روکش لنز باید آستانه آسیب لیزر بالایی داشته باشد. در برنامه های برش لیزر با قدرت بالا ، لنزها با آستانه آسیب زیاد برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت و قابل اعتماد ضروری هستند.

برنامه - الزامات خاص

بسته به برنامه ، مانند تمرکز ، جمع کردن یا شکل دهی پرتو ، نوع لنز مناسب باید انتخاب شود. به عنوان مثال ، اگر پرتو لیزر خطی برای یک برنامه نقشه برداری مورد نیاز باشد ، یک لنز استوانه ای یا پاول انتخاب مناسبی خواهد بود.

مقایسه لنزهای مختلف لیزر نوری

پایان

لنزهای لیزر نوری مؤلفه های اساسی در طیف گسترده ای از برنامه ها هستند ، از پردازش مواد گرفته تا تحقیقات پزشکی و علمی. انواع مختلف لنزها ، هر کدام دارای ویژگی های منحصر به فرد و اصول کاری خود هستند ، روش های مختلفی را برای دستکاری پرتوهای لیزری ارائه می دهند. با در نظر گرفتن دقیق عواملی مانند سازگاری طول موج ، قدرت لیزر و الزامات خاص ، لنزهای لیزر نوری مناسب می توانند برای اطمینان از عملکرد بهینه در هر سیستم مبتنی بر لیزر انتخاب شوند. با پیشرفت فناوری ، طراحی و عملکرد لنزهای لیزر نوری نیز به احتمال زیاد بهبود می یابد و در آینده برنامه های لیزر دقیق تر و کارآمدتری را قادر می سازد. $ $