Cách chọn ống kính silica hợp nhất cho hệ thống laser 355nm, 532nm và 1064nm

Việc chọn thấu kính silica hợp nhất phù hợp cho hệ thống laser đòi hỏi nhiều hơn là đường kính và tiêu cự phù hợp. Từ tia UV 355nm đến tia laser xanh lá cây 532nm và tia laser gần hồng ngoại 1064nm, sự khác biệt về loại vật liệu, lớp phủ AR, ngưỡng hư hỏng do tia laser-gây ra (LIDT) và chất lượng bề mặt có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất quang học và độ tin cậy. Hướng dẫn này giải thích các thông số kỹ thuật chính mà các kỹ sư và người mua OEM nên cân nhắc khi lựa chọn hoặc tùy chỉnh thấu kính silica nung chảy cho các bước sóng laser và điều kiện hoạt động khác nhau.

Lựa chọn một nơi đáng tin cậyống kính silica hợp nhấtđối với hệ thống laser không bao giờ chỉ là việc kết hợp các giá trị đường kính và tiêu cự. Nhiều người mua và kỹ sư bỏ qua điều đóỐng kính tia cực tím 355nm, Ống kính laser xanh 532nm, VàỐng kính laser hồng ngoại 1064nmyêu cầu các loại vật liệu, lớp phủ chống{0}}phản chiếu và tiêu chuẩn chất lượng bề mặt được thiết kế hoàn toàn phù hợp để mang lại hiệu suất laser ổn định.

Trong các thiết lập laser xung và công suất-cao, các chỉ báo kỹ thuật nhưLaser-Ngưỡng sát thương gây ra (LIDT), kích thước chùm tia thực tế, thời lượng xung và độ bền lớp phủ quyết định trực tiếp đến tuổi thọ của ống kính và tính nhất quán trong quá trình xử lý. Đối với các nhà sản xuất OEM laser, nhà tích hợp hệ thống và kỹ sư quang học, nguyên tắc lựa chọn đáng tin cậy nhất rất đơn giản:khớp mọi thông số kỹ thuật của thấu kính silica nung chảy với điều kiện làm việc laser thực tế của bạn, không chỉ các kích thước cơ học.

Hướng dẫn mua hàng thực tế này chia nhỏ các tiêu chí quan trọng để xác địnhThấu kính laser silica hợp nhất 355nm, 532nm và 1064nm, bao gồm việc phân loại chất nền, lựa chọn lớp phủ AR cụ thể theo bước sóng-, đánh giá LIDT, tiêu chuẩn về độ hoàn thiện bề mặt, loại hình học thấu kính và danh sách tham số đầy đủ cần thiết để báo giá thấu kính tùy chỉnh chính xác.

Mua sắm quang học toàn cầu thường trộn lẫn các thuật ngữ nhưthấu kính thạch anh, thấu kính thạch anh nung chảy, thấu kính silica nung chảy và thấu kính silica nung chảy UV. Mặc dù những cái tên này nghe có vẻ giống nhau nhưng chúngkhông thể thay thế cho các ứng dụng laser chính xác. Chỉ liệt kê "thấu kính thạch anh" trên RFQ của bạn sẽ dễ dàng dẫn đến chất lượng bề mặt không phù hợp và khả năng chống tia laser không đạt yêu cầu.

silica nung chảy cấp độ laser-đã trở thành chất nền chủ đạo cho quang học laze công nghiệp nhờ phạm vi truyền quang phổ rộng, hệ số giãn nở nhiệt cực thấp và độ ổn định nhiệt tuyệt vời. Nó hoạt động ổn định trên các dải tia laser UV, nhìn thấy được và hồng ngoại gần, khiến nó trở nên lý tưởng cho quá trình xử lý laser công nghiệp chu kỳ dài.

Cụ thể choỨng dụng tia cực tím 355nm, silica nung chảy cấp độ UV-là bắt buộc. Sự hấp thụ tạp chất và độ tinh khiết của vật liệu kém sẽ làm giảm nghiêm trọng độ truyền tia cực tím, gây ra sự xuống cấp dần dần của thấu kính và làm ảnh hưởng đến độ chính xác của vi cơ UV, xử lý chất bán dẫn và đánh dấu tia laser UV.

Quy tắc mua sắm cốt lõi cho ống kính laser:luôn chỉ định bước sóng laser và các thông số làm việc của bạn thay vì các yêu cầu chung về "thấu kính thạch anh", để nhà sản xuất có thể chọn loại silica nung chảy chính xác cho ứng dụng của bạn.

Đường kính và tiêu cự ống kính giống nhau không có nghĩa là khả năng tương thích phổ quát. Mỗi bước sóng laser yêu cầu các tiêu chuẩn chất nền riêng, thiết kế lớp phủ AR, dung sai chất lượng bề mặt và mức LIDT để chống lại sự phá hủy của tia laser và duy trì chất lượng chùm tia ổn định.

Đối với thiết bị laze-bước sóng đơn,lớp phủ AR theo bước sóng-laser cụ thể-luôn hoạt động tốt hơn các lớp phủ băng thông rộng thông thường, mang lại độ phản xạ bề mặt thấp hơn, mức sử dụng ánh sáng cao hơn và độ ổn định nhiệt tốt hơn khi hoạt động bằng tia laser trong thời gian dài.

Điều đó cho thấy, hiệu suất lớp phủ cho các trường hợp laser công suất-cao không thể chỉ dựa vào dữ liệu quang phổ. Công thức lớp phủ, quy trình lắng đọng chân không, mức độ-làm sạch trước bề mặt và điều kiện xung laser thực tế đều quyết định kết quả cuối cùngkhả năng chống tia laservà tuổi thọ chung của ống kính.

Hệ thống laser 355nm đặt ra những yêu cầu khắt khe đối với các thành phần quang học vì hiệu suất tia cực tím có thể nhạy cảm với độ tinh khiết của chất nền, tình trạng bề mặt, độ nhiễm bẩn và chất lượng lớp phủ.

Khi chỉ định mộtỐng kính silica hợp nhất 355nm, hãy xem xét các yếu tố sau.

1. Chọn Silica hợp nhất cấp độ UV-thích hợp

Silica nung chảy cấp UV{0}}thường được sử dụng cho quang học laze 355nm vì đặc tính nhiệt và truyền tia cực tím thuận lợi của nó.

Thay vì chỉ chỉ định "silica nung chảy", hãy xác nhận loại vật liệu bắt buộc với nhà sản xuất quang học, đặc biệt đối với các hệ thống UV chính xác hoặc các ứng dụng có yêu cầu về khả năng chống truyền và hư hại đòi hỏi-.

2. Chỉ định lớp phủ AR 355nm

Mọi bề mặt quang học không được phủ đều gây ra tổn thất phản xạ. Trong hệ thống laser, những tổn thất này có thể làm giảm hiệu suất quang học và cũng có thể góp phần gây ra sự phản xạ và ánh sáng lạc không mong muốn.

Đối với hệ thống hoạt động cụ thể ở bước sóng 355nm, có thể chỉ định lớp phủ AR tia laser-được tối ưu hóa ở bước sóng 355nm để giảm phản xạ bề mặt.

Khi yêu cầu một lớp phủ, việc xác định không chỉ bước sóng trung tâm mà cả góc tới và môi trường vận hành cần thiết là rất hữu ích nếu chúng khác với các điều kiện tiêu chuẩn.

3. Đánh giá LIDT bằng các điều kiện Laser thực tế

Đối với laser UV xung, LIDT có thể là một yếu tố quan trọng trong việc xác định liệu quang học có phù hợp với ứng dụng hay không.

Không bao giờ được so sánh giá trị được trích dẫn bằng J/cm2 mà không xem xét các điều kiện thử nghiệm liên quan.

Các thông số liên quan bao gồm:

• Bước sóng
• Thời lượng xung
• Năng lượng xung
• Tỷ lệ lặp lại
• Đường kính chùm tia
• Hồ sơ chùm
• Phương pháp thử

Ví dụ: không thể tự động sử dụng giá trị LIDT được đo dưới các xung nano giây để dự đoán hiệu suất trong điều kiện pico giây hoặc femto giây.

Khi yêu cầu ống kính laser 355nm tùy chỉnh, hãy cung cấp các thông số laser thực tế bất cứ khi nào có thể.

4. Chọn chất lượng bề mặt theo ứng dụng

Thông số kỹ thuật-đào sơ sài chẳng hạn như40-20, 20-10 và 10-5mô tả các khuyết tật thẩm mỹ cho phép trên bề mặt quang học.

Thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn không tự động tốt hơn cho mọi hệ thống laser.

Đối với nhiều ứng dụng laser chính xác, 20-10 có thể được coi là điểm khởi đầu, trong khi yêu cầu 10-5 hoặc chặt chẽ hơn có thể được chỉ định cho các hệ thống quang học đặc biệt nhạy cảm với tán xạ hoặc khuyết tật bề mặt.

Thông số kỹ thuật phù hợp phụ thuộc vào điều kiện laser, thiết kế quang học và yêu cầu về hiệu suất hệ thống.

-Việc xác định quá mức chất lượng bề mặt có thể làm tăng chi phí sản xuất mà không mang lại cải tiến có ý nghĩa trong hệ thống cuối cùng.

Laser 532nm thường được tạo ra thông qua việc nhân đôi tần số và được sử dụng trong các ứng dụng từ thiết bị quang học đến xử lý laser chính xác.

Một lỗi mua sắm phổ biến là cho rằng hai ống kính 532nm có cùng đường kính và tiêu cự sẽ hoạt động giống hệt nhau.

Họ có thể không.

Ví dụ: một ống kính có thể sử dụng lớp phủ AR băng thông rộng chung dành cho công suất quang vừa phải, trong khi một ống kính khác có thể sử dụng lớp phủ được thiết kế đặc biệt và đủ tiêu chuẩn cho ứng dụng laser xung 532nm.

Trước khi chọn mộtỐng kính laser silica hợp nhất 532nm, xác nhận:

• Hoạt động CW hoặc xung
• Công suất trung bình
• Năng lượng xung
• Thời lượng xung
• Tỷ lệ lặp lại
• Đường kính chùm tia ở thấu kính
• Tiêu cự cần thiết
• Đặc điểm lớp phủ AR
• Chất lượng bề mặt
• Yêu cầu LIDT, nếu có

Các thông số này cho phép đánh giá thông số kỹ thuật của ống kính và lớp phủ theo môi trường hoạt động thực tế thay vì chỉ theo bước sóng.

1064nm được sử dụng rộng rãi trong Nd:YAG và các hệ thống laser liên quan để đánh dấu, xử lý vật liệu, nghiên cứu, lấy nét và phân phối chùm tia.

Đối với-hệ thống điện cao hơn, khả năng hấp thụ lớp phủ, ô nhiễm, khuyết tật bề mặt và chất lượng mặt sóng có thể ngày càng trở nên quan trọng.

1. Chọn Lớp phủ AR được tối ưu hóa cho 1064nm

Nếu hệ thống quang học chỉ hoạt động ở khoảng 1064nm, thì có thể sử dụng lớp phủ AR tia laser-được tối ưu hóa cho bước sóng này để giảm thiểu tổn thất phản xạ.

Đối với các hệ thống hoạt động ở nhiều bước sóng, chẳng hạn như bước sóng cơ bản và sóng hài, lớp phủ băng thông rộng hoặc đa băng tần có thể phù hợp hơn.

Do đó, lớp phủ nên được lựa chọn theo hệ thống quang học hoàn chỉnh thay vì chỉ chọn lớp phủ có hệ số phản xạ danh nghĩa thấp nhất ở một bước sóng.

2. Kết hợp các yêu cầu LIDT với Laser

Không nên đánh giá laser CW và laser xung nano giây, pico giây hoặc femto giây bằng cách sử dụng cùng một tiêu chí hư hỏng đơn giản hóa.

Đối với hệ thống xung, hãy cung cấp năng lượng xung, thời lượng xung, tốc độ lặp lại và kích thước chùm tia. Đối với hệ thống CW, cung cấp công suất vận hành và đặc tính chùm tia.

Thông tin này giúp nhà sản xuất quang học xác định xem chất nền, quy trình đánh bóng và thiết kế lớp phủ có phù hợp với các điều kiện laser dự định hay không.

3. Xem xét dung sai mặt sóng và kích thước

Trong hệ thống lấy nét và{0}}phân phối chùm tia, hiệu suất quang học cũng có thể phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật như:

• Hình bề mặt
• Mặt sóng truyền qua
• Định tâm
• Khẩu độ rõ ràng
• Dung sai đường kính
• Độ dày trung tâm
• Tiêu cự hiệu dụng (EFL)
• Tiêu cự sau (BFL)

Dung sai yêu cầu phải được xác định bằng thiết kế quang học.

Việc chỉ định dung sai cực kỳ chặt chẽ mà không có yêu cầu-cấp hệ thống có thể làm tăng đáng kể độ khó và chi phí sản xuất.

Chất liệu và lớp phủ chỉ là một phần của thông số kỹ thuật của ống kính. Hình dạng ống kính cũng ảnh hưởng đến quang sai cầu và hiệu suất lấy nét.

Plano-Thấu kính lồi

Thấu kính lồi Plano{0}}thường được sử dụng để lấy nét và chuẩn trực bằng laser, đặc biệt khi khoảng cách liên hợp rất không bằng nhau.

Đối với nhiều ứng dụng lấy nét bằng laser đơn giản, chúng mang lại sự cân bằng thực tế giữa hiệu suất quang học, khả năng sản xuất và chi phí.

Định hướng ống kính cũng có vấn đề. Trong cấu hình lấy nét điển hình với chùm đầu vào chuẩn trực, bề mặt cong thường hướng về phía chùm chuẩn trực để giảm quang sai cầu.

Thấu kính lồi Bi-

Thấu kính hai mặt lồi có thể phù hợp khi khoảng cách giữa vật và ảnh cân bằng hơn.

Tùy thuộc vào cấu hình quang học, chúng có thể mang lại hiệu suất quang sai tốt hơn so với thấu kính lồi phẳng trong các điều kiện liên hợp tương đối đối xứng.

Khi một thấu kính cầu đơn giản là không đủ

Đối với các ứng dụng yêu cầu điểm lấy nét rất nhỏ, khẩu độ số cao hoặc kiểm soát quang sai chặt chẽ hơn, các giải pháp khác có thể được xem xét, bao gồm:

Thấu kính phi cầu

Thấu kính khum

Tập hợp tập trung nhiều phần tử

Quang học laze được thiết kế-tùy chỉnh

Hình học tốt nhất phụ thuộc vào hệ thống quang học hoàn chỉnh chứ không chỉ riêng bước sóng.

Hãy xem xét một hệ thống laser UV yêu cầu một ống kính lấy nét tùy chỉnh.

Thông số kỹ thuật sơ bộ có thể trông như thế này:

Điều này nên được coi như mộtđặc tả ví dụ thay vì khuyến nghị chung.

Các yêu cầu về loại chất nền cuối cùng, dung sai bề mặt, lớp phủ và LIDT phải được xác nhận theo thiết kế quang học và laser thực tế.

Đối với sản xuất theo yêu cầu, tốt nhất là cung cấp bản vẽ quang học hoàn chỉnh bất cứ khi nào có sẵn.

Sai lầm 1: Chỉ chỉ định "Ống kính thạch anh"

"Thạch anh" quá rộng đối với RFQ laser chính xác.

Thay vào đó, hãy cung cấp bước sóng hoạt động và hiệu suất quang học cần thiết để có thể xác nhận chất nền chính xác.

Sai lầm 2: Chỉ chọn ống kính theo đường kính và tiêu cự

Hai thấu kính có kích thước giống nhau có thể có các loại chất nền, lớp phủ, chất lượng bề mặt, hiệu suất mặt sóng và đặc tính gây tổn hại do tia laser khác nhau.

Khả năng tương thích cơ học không đảm bảo khả năng tương thích quang học.

Sai lầm 3: So sánh số LIDT khi không có điều kiện kiểm tra

Số J/cm2 lớn hơn không tự động có nghĩa là quang học này tốt hơn quang học khác.

Các giá trị LIDT chỉ nên được so sánh khi hiểu rõ các điều kiện thử nghiệm liên quan, đặc biệt là bước sóng và thời lượng xung.

Sai lầm 4: Chỉ định dung sai chặt chẽ nhất hiện có

Chất lượng bề mặt 10-5, dung sai độ dài tiêu cự cực kỳ chặt chẽ hoặc các yêu cầu về mặt sóng rất chặt chẽ nghe có vẻ hấp dẫn nhưng chúng không cần thiết đối với mọi hệ thống laser.

Thông số kỹ thuật sẽ giải quyết được vấn đề quang học mà không gây ra chi phí sản xuất không cần thiết.

Việc cung cấp thông tin vận hành đầy đủ ở giai đoạn RFQ có thể giảm đáng kể việc giao tiếp qua lại-và-và giúp nhà sản xuất đánh giá ống kính chính xác hơn.

Đối với thấu kính laser silica hợp nhất tùy chỉnh, hãy cung cấp càng nhiều thông số sau càng tốt:

Bước sóng laze:355nm, 532nm, 1064nm hoặc bước sóng khác

Chế độ hoạt động của tia laser:CW hoặc xung

Công suất trung bình hoặc năng lượng xung

Thời lượng xung:nano giây, pico giây hoặc femto giây

Tỷ lệ lặp lại

Đường kính chùm tia ở thấu kính

Đường kính ống kính và khẩu độ rõ ràng

Tiêu cự hiệu dụng/tiêu cự sau

Yêu cầu lớp phủ AR

Chất lượng bề mặt và hình dạng bề mặt

Yêu cầu LIDT, nếu được thiết kế hệ thống chỉ định

Bản vẽ quang học hoặc thông số kỹ thuật ống kính hiện có, nếu có

Nếu một số thông số chưa được xác định, hãy cung cấp thông tin về nguồn laser và ứng dụng dự định. Điều này có thể giúp nhà sản xuất quang học xác định những thông số kỹ thuật nào vẫn cần được xác định.

Thấu kính silica nung chảy có thể được sử dụng cho laser 355nm không?

Đúng. Silica nung chảy cấp UV{1}}thường được sử dụng cho quang học laze 355nm vì đặc tính nhiệt và truyền tia cực tím thuận lợi của nó. Loại chất nền, lớp phủ và thông số kỹ thuật bề mặt chính xác vẫn phải được lựa chọn theo điều kiện hoạt động của laser.

Có thể sử dụng cùng một thấu kính silica nung chảy ở bước sóng 532nm và 1064nm không?

Chất nền có thể có khả năng truyền cả hai bước sóng, nhưng điều đó không có nghĩa là thấu kính hoàn chỉnh được tối ưu hóa cho cả hai bước sóng.

Lớp phủ AR đặc biệt quan trọng. Lớp phủ được thiết kế dành riêng cho 532nm có thể không mang lại hiệu suất phản xạ cần thiết ở 1064nm và ngược lại.

Nếu một hệ thống quang học phải hoạt động ở cả hai bước sóng thì điều này phải được chỉ định khi thiết kế lớp phủ.

Thấu kính thạch anh có giống như thấu kính silica nung chảy không?

Các thuật ngữ này đôi khi được sử dụng một cách lỏng lẻo trong tìm nguồn cung ứng thương mại, nhưng chúng không được tự động coi là các thông số kỹ thuật vật liệu giống hệt nhau.

Đối với các ứng dụng laser, tốt hơn là chỉ định chính xác loại silica nung chảy thay vì đặt hàng quang học chỉ sử dụng thuật ngữ chung "thấu kính thạch anh".

Điều gì quyết định LIDT của ống kính laser?

Hiệu suất phá hủy của tia laser có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm bước sóng, thời lượng xung, kích thước chùm tia, chất lượng bề mặt, chất lượng đánh bóng, vật liệu phủ, quy trình phủ, độ sạch và ô nhiễm bề mặt.

Vì lý do này, giá trị LIDT phải luôn được xem xét cùng với các điều kiện thử nghiệm của nó.

Nên sử dụng lớp phủ AR nào cho ống kính laser 1064nm?

Đối với một hệ thống hoạt động cụ thể ở bước sóng 1064nm, lớp phủ AR-bằng laser được tối ưu hóa cho 1064nm thường thích hợp.

Nếu hệ thống quang học hoạt động trên dải phổ rộng hơn hoặc ở nhiều bước sóng thì có thể cần phải có lớp phủ băng thông rộng hoặc đa băng tần.

Chúng tôi sản xuất thấu kính silica nung chảy tùy chỉnh cho các ứng dụng tia cực tím, tia nhìn thấy và tia hồng ngoại gần{0}}, bao gồm cả quang học choHệ thống laser 355nm, 532nm và 1064nm.

Tùy chỉnh có sẵn có thể bao gồm đường kính thấu kính, tiêu cự, chất lượng bề mặt, hình dạng bề mặt, dung sai kích thước và lớp phủ AR cụ thể theo bước sóng-theo yêu cầu ứng dụng và thiết kế quang học.

Đối với các ứng dụng laze, chúng tôi khuyên bạn nên đánh giá thông số kỹ thuật của thấu kính dựa trên điều kiện hoạt động thực tế thay vì chỉ dựa vào bước sóng hoặc kích thước.

Cần một ống kính silica hợp nhất tùy chỉnh cho hệ thống laser của bạn?

Gửi cho chúng tôi:

Bước sóng · Chế độ CW/Xung · Công suất hoặc năng lượng xung · Thời lượng xung · Tốc độ lặp lại · Đường kính chùm tia · Kích thước ống kính · Độ dài tiêu cự · Yêu cầu lớp phủ · Bản vẽ quang học

Chúng tôi có thể xem xét các yêu cầu và cung cấp báo giá ống kính tùy chỉnh dựa trên đơn đăng ký của bạn.

Gửi thông số Laser của bạn →

Yêu cầu báo giá ống kính tùy chỉnh →