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A diferencia de las lentes que enfocan la luz en un solo punto, los axicones desvían los rayos de luz en un ángulo constante con respecto al eje óptico (siguiendo la ley de Snell), creando un haz cónico que mantiene su distribución de intensidad a largas distancias (comportamiento no difractante). Los axicones de seleniuro de zinc (ZnSe) destacan en aplicaciones de infrarrojo medio (IR medio) (7-12 µm), un rango de longitud de onda fundamental para los láseres de CO₂ y las imágenes térmicas. Estos axicons ofrecen un control de ángulo preciso (ángulos de ápice físico de 0,1° a 2,0°) y una transmisión excepcional (>97 % en promedio) en todo el rango de longitud de onda de 7 a 12 µm , gracias a la alta transmitancia de infrarrojos medio del ZnSe (>90 % a 10,6 µm) y a los recubrimientos antirreflectantes de banda ancha.
Control de ángulo de ápice de precisión : disponible con ángulos de ápice físicos de 0,1° a 2,0° (el ángulo en la punta de la superficie cónica) con una tolerancia de ±0,01°; este nivel de precisión determina directamente el ángulo de divergencia del haz (β), que se calcula usando la ley de Snell: β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2, donde n es el índice de refracción del sustrato (2,4 para ZnSe en 10,6 µm). Por ejemplo, un ángulo de vértice de 1,0° produce un ángulo de divergencia de ~0,7°, lo que crea un anillo con un diámetro de 14 mm a una distancia de trabajo de 1 m.
Recubrimientos AR de banda ancha en ambas superficies : Tanto la superficie plana como la cónica cuentan con recubrimientos antirreflectantes optimizados para 7-12 µm, lo que proporciona una reflectancia promedio <1 % por superficie. Esto minimiza las pérdidas por reflexión (lo que reduciría la intensidad del anillo) y evita los reflejos inversos que pueden dañar la fuente láser (por ejemplo, láseres de CO₂). Los recubrimientos se depositan mediante evaporación por haz de electrones y se prueba su uniformidad mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR).
Sustratos de ZnSe de alta calidad : fabricados con ZnSe de alta pureza (99,99 % de pureza) para garantizar una absorción mínima en el IR medio (coeficiente de absorción <0,005 cm⁻⊃1; a 10,6 µm), fundamental para aplicaciones láser de alta potencia, ya que la absorción provoca calentamiento y posibles daños. ZnSe también transmite luz visible (400-700 nm), lo que permite la alineación con láseres de HeNe (633 nm) sin herramientas de alineación adicionales.
Tolerancias de fabricación estrictas : fabricado con especificaciones dimensionales y de superficie ultraprecisas, que incluyen planitud de la superficie <λ/2 a 633 nm (para la superficie plana), rugosidad de la superficie <20 Å RMS (media cuadrática, medida mediante microscopía de fuerza atómica) y tolerancia de diámetro +0,0/-0,05 mm. Estas tolerancias aseguran que la superficie cónica sea simétrica, evitando la distorsión del anillo (por ejemplo, anillos elípticos causados por mecanizado asimétrico).
Gran apertura transparente y diseño robusto : los modelos de 1' de diámetro cuentan con una apertura transparente >ø22,86 mm (90 % del diámetro total), lo que garantiza que incluso los haces colimados grandes (hasta 20 mm de diámetro) se utilicen por completo. Los axicons también están diseñados con una base plana de 2 mm de espesor, lo que proporciona estabilidad mecánica durante el montaje y reduce el riesgo de rotura (ZnSe es relativamente frágil, con una dureza Mohs de 4).
Perforación y corte por láser : cree perfiles de viga precisos en forma de anillo para perforar materiales (por ejemplo, perforar agujeros en componentes aeroespaciales) y cortar (por ejemplo, cortar sustratos cerámicos). El haz anular entrega energía al borde del objetivo, reduciendo las zonas afectadas por el calor (HAZ); por ejemplo, al perforar orificios de 1 mm en titanio, un sistema basado en axicon produce una HAZ de <50 µm, en comparación con 100 µm con un haz gaussiano.
Generación de haces Bessel : produce haces Bessel no difractantes para propagación a larga distancia en comunicaciones en el espacio libre (p. ej., enlaces láser satélite-tierra) y captura de partículas (p. ej., pinzas ópticas). Los haces de Bessel mantienen su intensidad a lo largo de kilómetros (en comparación con los haces gaussianos, que divergen significativamente), lo que los hace ideales para la comunicación en el espacio profundo donde la pérdida de señal es un desafío importante.
Sistemas láser de CO₂ : ideales para la integración en equipos de procesamiento láser de infrarrojo medio (por ejemplo, láseres de CO₂ para soldadura y grabado de plástico). En la soldadura de plástico, la viga anular crea una costura de soldadura fuerte y uniforme (en comparación con la costura desigual de una viga gaussiana), lo que mejora la resistencia de los componentes de los dispositivos médicos (por ejemplo, jeringas de plástico).
Detección 3D e imágenes de luz estructuradas : genere patrones de luz estructurados anulares o en forma de Bessel para mapeo de profundidad (p. ej., sistemas de reconocimiento facial) y perfilometría de superficie (p. ej., medición de topografía de obleas semiconductoras). En el reconocimiento facial, el patrón de Bessel no difractante garantiza que las características se detecten incluso a distancias variables (0,5-2 m), lo que mejora la precisión.
Dispositivos médicos : permite la administración de láser especializado en dermatología (p. ej., rejuvenecimiento con láser) y oftalmología (p. ej., tratamiento de glaucoma). En dermatología, el haz anular se dirige a la capa externa de la piel (epidermis) sin dañar la dermis subyacente, lo que reduce el tiempo de recuperación. En el tratamiento del glaucoma, crea canales de drenaje precisos en el ojo con un daño tisular mínimo.
El diámetro del anillo de salida (D) depende de tres factores: el ángulo del vértice del axicon (α), la distancia de trabajo (L, distancia desde la superficie plana del axicon al objetivo) y el índice de refracción del sustrato (n). La fórmula es: D = 2L × tan(β), donde β es el ángulo de divergencia del haz (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Por ejemplo, usando un axicon de ZnSe (n=2,4) con α=1,0° y L=100 mm: β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, entonces D = 2×100×tan(0,7°) ≈ 2,44 mm. Los factores que alteran el diámetro incluyen la temperatura (cambia ligeramente n) y la colimación del haz de entrada (los haces no colimados aumentan la variación del diámetro).
Los axicons de ZnSe manejan densidades de potencia de onda continua (CW) de hasta 10 W/cm² en el rango de 7-12 µm (p. ej., láser de CO₂ de 100 W con un haz de 10 mm de diámetro). Para evitar daños, garantice una refrigeración adecuada: utilice un disipador de calor (p. ej., aluminio con grasa térmica, resistencia térmica <0,5 °C/W) conectado a la base plana del axicon, ya que el ZnSe tiene una baja conductividad térmica (18 W/m·K). Además, evite operar cerca de los bordes de longitud de onda del láser (por ejemplo, <7 µm o >12 µm para axicones de IR medio), ya que la absorción aumenta fuera del rango óptimo, lo que provoca un sobrecalentamiento.
Si bien los axicones de ZnSe están optimizados para el IR medio, hay axicones disponibles para longitudes de onda visibles y UV utilizando sustratos apropiados. Para láseres visibles (400-700 nm), utilice N-BK7 o axicones de sílice fundida (con revestimientos AR para 400-700 nm); estos ofrecen >95% de transmisión y producen haces de Bessel con propiedades no difractantes similares. Para láseres UV (190-380 nm), utilice axicones de sílice fundida de grado UV (que resisten la degradación inducida por UV) con recubrimientos UV AR. Por ejemplo, un axicon UV (α=0,5°) a 355 nm produce un diámetro de anillo de 1,2 mm a L=100 mm, ideal para el micromecanizado con láser UV.
