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A diferencia de las aberturas simples (que sólo controlan el tamaño del haz), estas placas sirven como elementos estructurales en sistemas ópticos, proporcionando una plataforma rígida para la manipulación del haz mientras mantienen la alineación. Están disponibles en una amplia gama de materiales para satisfacer las necesidades de la aplicación: sílice fundida (para transparencia UV-NIR, 190-2500 nm), N-BK7 (NIR visible rentable, 400-2000 nm) y metales especializados como el titanio (para aplicaciones reflectantes o de alta temperatura). Las configuraciones típicas incluyen orificios de 3 a 5 mm de diámetro con tolerancias de ±0,1 mm; tamaños elegidos para adaptarse a los diámetros de haz láser comunes (1 a 4 mm) y al mismo tiempo minimizar el recorte del haz. La posición del orificio se puede personalizar completamente: centrado (para trayectorias de haz coaxial), fuera del eje (para desplazamiento del haz) o en matrices (para sistemas multihaz), lo que los hace adecuados para diversas configuraciones, desde interferómetros de laboratorio hasta máquinas láser industriales.
Mecanizado de orificios de precisión para una distorsión mínima del haz : los diámetros de orificio estándar de 3 mm y 5 mm se perforan mediante ablación láser (para sustratos de vidrio) o fresado CNC (para sustratos metálicos), lo que da como resultado bordes ultralimpios (altura de rebaba <3 µm) y alta circularidad (desviación <0,01 mm del círculo perfecto). Esta precisión garantiza que el orificio actúe como una apertura limpia, evitando la dispersión del haz (pérdida por dispersión <0,5%) que degradaría la calidad de la imagen o la precisión de la medición. Se encuentran disponibles tamaños de orificios personalizados (0,1 mm a 20 mm), con perforación láser que permite orificios más pequeños (<1 mm) y fresado CNC para placas más grandes y gruesas (>10 mm de espesor).
Diversas opciones de materiales adaptadas a la longitud de onda y al entorno :
Sílice fundida : Ideal para aplicaciones UV (190-380 nm) y de alta potencia, con alta transmitancia (>90% a 300 nm) y resistencia al daño por láser (LIDT >10 J/cm² a 355 nm, pulsos de 10 ns). Su baja expansión térmica (0,55 × 10⁻⁶ /°C) lo hace adecuado para sistemas de temperatura estable.
N-BK7 : rentable para NIR visible (400-2000 nm), con transmitancia (>92 % a 550 nm) y buena resistencia mecánica (módulo de Young 82 GPa). Ideal para configuraciones de uso general como combinadores de vigas.
Titanio : Utilizado para aplicaciones reflectantes o de alta temperatura, con alta reflectancia (>85% a 1064 nm) y resistencia térmica (temperatura de funcionamiento hasta 300°C). Su resistencia a la corrosión (resistente al agua salada y a los ácidos) lo hace adecuado para entornos marinos o industriales.
Calidad de superficie de grado óptico para baja dispersión : las placas de vidrio cuentan con un acabado de superficie de raspado y excavación de 60-40 (según los estándares MIL-PRF-13830B), lo que significa que no hay rayones de más de 60 µm ni excavaciones (hoyos) mayores de 40 µm. Esto minimiza la dispersión de la luz (pérdida de dispersión <1% a 550 nm), fundamental para los sistemas de imágenes donde la luz parásita reduce el contraste. Las placas de metal (p. ej., titanio) tienen un acabado mate (Ra <1 µm) para reducir el deslumbramiento en aplicaciones reflectantes.
Tolerancias dimensionales estrictas para la alineación : la tolerancia de espesor es de ±0,1 mm (p. ej., placa de 5 mm de espesor ±0,1 mm), lo que garantiza una longitud uniforme de la trayectoria del haz en varias placas de un sistema. El paralelismo entre las dos superficies planas es ≤5 minutos de arco (0,083°), lo que evita la inclinación del haz (inclinación <0,1°) que desalinearía los componentes aguas abajo. Para sistemas de alta precisión (p. ej., interferómetros), el paralelismo se puede ajustar a ≤1 minuto de arco (0,017°).
Configuraciones personalizadas para necesidades especializadas : más allá de los diseños estándar de un solo orificio, las placas se pueden fabricar con múltiples orificios (conjuntos de 2 a 100 orificios) para sistemas multihaz (por ejemplo, impresión láser). Los tratamientos de los bordes incluyen biselado (ángulos de 45°, 0,5 mm de ancho) para evitar astillas durante el montaje y anodizado negro (para placas de metal) para reducir la luz parásita. También hay recubrimientos disponibles: recubrimientos AR (para placas de vidrio, <0,5 % de reflectancia por superficie) para aumentar la transmisión, o recubrimientos de alta reflexión (HR) (para placas de metal, >95 % de reflectancia) para dirigir el haz.
Combinación y división de haces : permite la transmisión coaxial de múltiples rayos láser en espectroscopia y sistemas de procesamiento láser. Por ejemplo, en una configuración de espectroscopía Raman, una placa de sílice fundida con un orificio de 3 mm combina el láser de excitación (532 nm, que pasa a través del orificio) y la luz dispersada Raman recolectada (reflejada en la superficie recubierta de AR de la placa), dirigiendo ambas a un detector. Este diseño coaxial reduce el tamaño del sistema en un 50 % en comparación con los combinadores fuera del eje.
Integración de placas de ondas en sistemas de polarización : permite trayectorias de haz de retorno en configuraciones sensibles a la polarización (por ejemplo, elipsómetros, polarímetros) donde se utilizan placas de ondas para manipular la polarización. Se monta una placa con un orificio centrado detrás de una placa de ondas: el haz incidente pasa a través del orificio y la placa de ondas, se refleja en una muestra y regresa a través de la placa de ondas; luego, la superficie plana de la placa refleja el haz hacia un detector, evitando la necesidad de un espejo separado.
Filtrado óptico y control de apertura : combine el control de apertura con la selección de longitud de onda cuando utilice sustratos de vidrio coloreados (por ejemplo, Schott BG39 para bloqueo de infrarrojos). Por ejemplo, una placa de vidrio BG39 con un orificio de 4 mm actúa como filtro IR (bloquea >99 % de la luz >1100 nm) y como apertura (limita el diámetro del haz a 4 mm), y se utiliza en sistemas de imágenes visibles para reducir el ruido térmico de la luz IR.
Marcadores de referencia y alineación del sistema : sirven como objetivos de referencia en conjuntos ópticos complejos (por ejemplo, sistemas telescópicos, rastreadores láser) para calibrar las posiciones de los componentes. Se monta una placa con un orificio fuera del eje (desplazamiento de 5 mm) como referencia fija; los láseres se alinean para pasar a través del orificio, lo que garantiza que todos los componentes estén ubicados dentro de ±0,01 mm de su ubicación de diseño. Esto reduce el tiempo de alineación entre un 30 y un 40 % en comparación con el uso de múltiples espejos de referencia.
Dispositivos médicos y cirugía mínimamente invasiva : facilita la administración de láser y la obtención de imágenes en sistemas endoscópicos (p. ej., cirugía laparoscópica). Una placa de titanio con un orificio de 2 mm está integrada en la punta del endoscopio: el orificio envía el láser quirúrgico (1064 nm) al tejido, mientras que la superficie reflectante de la placa canaliza la luz de imagen (400-700 nm) de regreso a la cámara. La biocompatibilidad del titanio (cumple con las normas ISO 10993) garantiza la seguridad para el uso corporal.
La selección del material depende de la transparencia de la longitud de onda y los requisitos de la aplicación:
UV (190-380 nm) : la sílice fundida de grado UV es la única opción, ya que transmite >90 % de la luz UV; N-BK7 absorbe >50 % de la luz UV <300 nm. La sílice fundida también resiste el amarillamiento inducido por los rayos UV (un problema común con otros vidrios).
Visible (400-700 nm) : N-BK7 es rentable y transmite >92 % de la luz visible, lo que lo hace ideal para uso general. Para láseres visibles de alta potencia (p. ej., 532 nm, 10 W), se prefiere la sílice fundida por su LIDT más alto (>10 J/cm² frente a 5 J/cm² para N-BK7).
NIR (700-2500 nm) : se utiliza sílice fundida (transmitancia >90 % hasta 2500 nm) o germanio (para IR medio, 2-14 µm, transmitancia >40 % a 10 µm). El germanio es opaco a la luz visible, por lo que requiere herramientas de alineación por infrarrojos.
Aplicaciones reflectantes (cualquier longitud de onda) : son adecuados el titanio (reflectancia >85 % 400-2000 nm) o el vidrio recubierto de aluminio (reflectancia >90 % visible-NIR); el titanio ofrece una mejor resistencia a la corrosión para uso en exteriores.
Los orificios centrados (eje del orificio = eje óptico de la placa) mantienen las trayectorias del haz coaxial, sin desplazamiento lateral. Los orificios fuera del eje introducen un desplazamiento lateral (Δx), calculado como: Δx = Desplazamiento del orificio × sin(θ), donde θ es el ángulo de incidencia del haz con respecto a la normal de la placa. Por ejemplo, una placa con un desplazamiento de 5 mm y θ=10°: Δx = 5 × sin(10°) ≈ 0,87 mm. Este desplazamiento es intencional en sistemas como cambiadores de haz, donde la placa mueve el haz sin cambiar su dirección. Para evitar una desalineación involuntaria, los orificios fuera del eje deben tener una tolerancia de compensación de ±0,05 mm; tolerancias mayores (±0,1 mm) pueden causar una variación de Δx de 0,017 mm, lo que puede desalinear los sistemas de vigas pequeñas (<1 mm de diámetro).
