Homogenisointisauvat, jotka tunnetaan myös nimellä valosekoittajat tai sädehomogenisaattorit, ovat kriittisiä optisia komponentteja, jotka on suunniteltu muuttamaan epätasaiset laser- tai LED-säteet (esim. Gauss-, tophat- tai epäsäännölliset profiilit) homogeenisiksi litteiksi profiileiksi useiden sauvan ytimessä olevien sisäisten kokonaisheijastusten (TIR) kautta.
| Saatavuus: | |
|---|---|
Toisin kuin diffraktiiviset optiset elementit (DOE), jotka perustuvat aaltorintaman manipulaatioon, homogenointisauvat käyttävät geometrista optiikkaa – jokainen heijastus jakaa valoenergian uudelleen sauvan poikkileikkaukselle, mikä johtaa tasaiseen intensiteetin jakautumiseen ulostulossa. Esimerkiksi Thorlabsin kuusikulmainen valosekoitinsauva on suunniteltu tarkasti kiillotetuilla sisäpinnoilla (60-40 raaputusviimeistely) valohäviön minimoimiseksi ja tasaisuuden maksimoimiseksi, mikä tekee niistä välttämättömiä sovelluksissa, joissa tasaisesta valaistuksesta ei voida neuvotella (esim. lääketieteellinen kuvantaminen, lasermateriaalin käsittely). Nämä tangot käyttävät UV-sulatettua piidioksidia (UVFS) -substraatteja, jotka on valittu niiden korkean läpäisevyyden (> 90 % aallonpituudella 300 nm) ja laservaurioiden kestävyyden vuoksi. Valinnainen laajakaistainen heijastuksenestopinnoite (AR) varmistaa tehokkaan valon läpäisyn 350-700 nm:n (näkyvä) tai 650-1050 nm:n aallon (Nths range) läpi. .

Poikkeuksellinen homogenisointisuorituskyky : Muunna epätasaiset syöttöpalkit tasapinnallisiksi profiileiksi minimaalisella intensiteetin vaihtelulla – tyypillisesti <5 % lähtöpinnan poikki (mitattuna arvolla 1/e⊃2; säteen halkaisija). Tämä tasaisuustaso on kriittinen sovelluksissa, kuten laserhitsauksessa, jossa epätasainen energian jakautuminen aiheuttaisi epäjohdonmukaisen liitoksen lujuuden.
Pienihäviöiset pinnoitteet : Laajakaistaiset AR-pinnoitteet levitetään sekä tulo- että lähtöpinnoille, ja ne tarjoavat <0,5 % keskimääräisen heijastuskyvyn pintaa kohden määritellyllä aallonpituusalueella (esim. 350-700 nm näkyvissä sovelluksissa). Verrattuna päällystämättömiin tankoihin (joilla on noin 4 % heijastuskyky pintaa kohti Fresnel-häviöiden vuoksi), päällystetyt versiot lisäävät yleistä lähetystehokkuutta 7–9 %, mikä on merkittävä parannus pienitehoisille LED-järjestelmille.
Kuusikulmainen geometria : Optimoi TIR-tehokkuuden pyöreisiin tai nelikulmaisiin tankoihin verrattuna. Kuusikulmainen poikkileikkaus varmistaa, että valonsäteet heijastavat kuudesta sisäpinnasta (verrattuna neljään neliömäisille sauvoille), mikä vähentää 'kuumia kohtia' ja varmistaa tasaisemman säteen sekoittumisen. Esimerkiksi 4 mm:n kuusikulmainen tanko tuottaa tasaisen profiilin, jonka tasaisuus on 20 % parempi kuin samanpituinen 4 mm:n neliömäinen tanko.
Tarkkuusvalmistus : Valmistettu erittäin tiukoilla mittatoleransseilla, mukaan lukien ±0,1 mm:n keskipaksuus (varmistaa tasaisen säteen reitin pituuden) ja 60-40 raaputuspinnan laatu (minimoi valonsironta). Vavan pituuden ja aukon suhde (tyypillisesti 6:1 vakiomalleissa) on kalibroitu huolellisesti homogenisoinnin suorituskyvyn ja tiiviyden tasapainottamiseksi.
Monipuolinen mitoitus ja räätälöinti : Saatavana vakiopituuksina (25,0 mm, 50,0 mm) ja aukkokokoina (4,0 mm, 6,0 mm) erikoisjärjestelmille mukautetuilla vaihtoehdoilla (esim. 10 mm:n aukotangot suuritehoisille lasereille). Mukautukset sisältävät myös viistetyt reunat (jotta estetään halkeilu asennuksen aikana) ja heijastuksenestopinnoitteet, jotka on räätälöity tietyille aallonpituuksille (esim. 405 nm UV-LED:ille).
LED-valaisimet : Tehosta teollisuuden valaistusjärjestelmien (esim. painettujen piirilevyjen tarkastuslamput) ja näytön taustavalon (esim. lääketieteellisten monitorien LCD-näytöt). Esimerkiksi PCB-tarkastuksessa homogenisointitangot varmistavat, että juotosliitokset valaistuvat tasaisesti, mikä vähentää virheiden puuttumisen riskiä (esim. kylmäjuote).
Lääketieteellinen kuvantaminen : Tarjoa yhtenäinen valaistus endoskooppeihin (esim. laparoskooppisiin, bronkoskooppisiin) ja fluoresenssimikroskooppiin, joissa tasainen valo on välttämätöntä tarkan kudosvisualisoinnin kannalta. Fluoresenssimikroskopiassa homogenisoitu säde varmistaa, että kudosnäytteen kaikki alueet saavat saman viritysintensiteetin, mikä estää väärien negatiivisten tulosten syntymisen.
Lasermateriaalin käsittely : Varmista tasainen energian jakautuminen laserhitsaus-, leikkaus- ja merkintäsovelluksissa. Esimerkiksi ruostumattoman teräksen leikkauksessa homogenisointitangon tasainen palkkiprofiili tuottaa puhtaammat reunat (<5 μm pursekorkeudella) verrattuna Gaussin palkkiin (joka aiheuttaa epätasaisen lämmön jakautumisen ja suurempia purseita) .
Konenäkö : Paranna tarkastustarkkuutta automatisoiduissa järjestelmissä (esim. pullojen vikojen havaitseminen, puolijohdekiekon tarkastus) tarjoamalla tasaisesti jakautunutta valaistusta kohdepinnoille. Pullontarkastuksessa tasainen valaistus korostaa hienovaraisia vikoja, kuten halkeamia tai epätasaisia seiniä, jotka epätasainen säde peittäisi.
OEM-integrointi : Mukautettavissa liitettäväksi erikoistuneisiin optisiin järjestelmiin, kuten virtaussytometreihin (joissa tasainen laservalaistus varmistaa tarkan solulaskennan) ja 3D-skannereihin (joissa tasainen valon intensiteetti parantaa pistepilvien tiheyttä). OEM - versiot sisältävät usein asennuslaipat tai kohdistusmerkit helpottamaan integrointia tuotantolinjoihin .
:n työskentelyetäisyys 3 mm on optimaalinen, jotta saavutetaan täysi tasainen palkkiprofiili ulostulopinnalla. Tämän etäisyyden ylittäessä säde alkaa hieman hajaantua (tyypillinen erotuskulma: 0,5°), mikä vähentää tasaisuutta – 10 mm:n kohdalla intensiteetin vaihtelu voi nousta 10-15 %:iin. Sovelluksissa, jotka vaativat pidempää työskentelyetäisyyttä (esim. suurikokoinen tulostus), yhdistä sauva kollimoivaan linssiin tasaisen profiilin eheyden säilyttämiseksi.
Kyllä, mutta suorituskyky riippuu alustasta ja pinnoitteesta. UV-sulatetun piidioksidin (UVFS) -mallit, joita käytetään yleisesti suuritehoisissa sovelluksissa, tukevat pulssilaserin energiatiheyksiä jopa 55 J/cm² (1 µs pulssi 980 nm:ssä) ja jatkuvan aallon (CW) tehotiheydet jopa 6 W/cm² 980 nm:ssä. Suuremmille tehotasoille (esim. 20 W CW-laserit) kannattaa harkita tankoja, joissa on lämpöä haihduttavat kiinnikkeet tai safiirisubstraatit (joilla on suurempi lämmönjohtavuus: 46 W/m·K vs. 1,4 W/m·K UVFS).
AR-pinnoitteet vähentävät pintaheijastuksia, mikä paitsi lisää siirtotehokkuutta, myös minimoi valonlähdettä vahingoittavia takaheijastuksia (esim. LED-sirut tai laserdiodit). Esimerkiksi 350-700 nm näkyvässä järjestelmässä päällystetty sauva läpäisee ~92 % valosta, kun taas päällystämätön sauva ~85 %. Lisäksi AR-pinnoitteet vähentävät hajavaloa järjestelmässä, mikä parantaa signaali-kohinasuhdetta kuvantamissovelluksissa.
Ensisijainen epätasaisuuden syy on syöttösäteen kohdistusvirhe tangon kriittisen kulman yli (θc ≈ 14° UVFS:lle). Jos syöttösäde kallistuu enemmän kuin ±2° sauvan optiseen akseliin nähden, osa valonsäteistä karkaa tangon sivujen läpi (sen sijaan, että ne suorittaisivat TIR:n) luoden kuumia kohtia. Tämän ratkaisemiseksi käytä tarkkuusasennuslaitteita (esim. kinemaattisia kiinnikkeitä) kohdistamaan säde ±0,5°:n etäisyydelle akselista. Muita syitä ovat pinnan kontaminaatio (puhtaat tangot, kuten aiemmin on kuvattu) ja sauvojen vaurioituminen (korvaa tangot naarmuilla, jotka ovat syvempiä kuin 1 µm).