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Contrairement aux lentilles qui concentrent la lumière sur un seul point, les axicons dévient les rayons lumineux selon un angle constant par rapport à l'axe optique (suivant la loi de Snell), créant un faisceau conique qui maintient sa répartition d'intensité sur de longues distances (comportement non diffractant). Les axicons du séléniure de zinc (ZnSe) excellent dans les applications dans l'infrarouge moyen (IR moyen) (7 à 12 µm), une plage de longueurs d'onde critique pour les lasers CO₂ et l'imagerie thermique. Ces axicons offrent un contrôle précis de l'angle (angles d'apex physiques de 0,1° à 2,0°) et une transmission exceptionnelle (>97 % en moyenne) sur la plage de longueurs d'onde de 7 à 12 µm , grâce à la transmission élevée dans l'IR moyen du ZnSe (>90 % à 10,6 µm) et aux revêtements antireflet à large bande.
Contrôle de précision de l'angle au sommet : disponible avec des angles physiques au sommet de 0,1° à 2,0° (l'angle à l'extrémité de la surface conique) avec une tolérance de ±0,01°. Ce niveau de précision détermine directement l'angle de divergence du faisceau (β), qui est calculé à l'aide de la loi de Snell : β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2, où n est l'indice de réfraction du substrat (2,4 pour ZnSe à 10,6 µm). Par exemple, un angle au sommet de 1,0° produit un angle de divergence d'environ 0,7°, créant un anneau d'un diamètre de 14 mm à une distance de travail de 1 m.
Revêtements AR à large bande sur les deux surfaces : les surfaces planes et coniques sont dotées de revêtements antireflet optimisés pour 7 à 12 µm, offrant une réflectance moyenne <1 % par surface. Cela minimise les pertes de réflexion (ce qui réduirait l'intensité de l'anneau) et empêche les rétro-réflexions susceptibles d'endommager la source laser (par exemple, les lasers CO₂). Les revêtements sont déposés par évaporation par faisceau d'électrons et testés pour leur uniformité à l'aide de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR).
Substrats ZnSe de haute qualité : construits à partir de ZnSe de haute pureté (pureté de 99,99 %) pour garantir une absorption minimale dans l'IR moyen (coefficient d'absorption <0,005 cm⁻⊃1 ; à 10,6 µm) — critique pour les applications laser haute puissance, car l'absorption entraîne un échauffement et des dommages potentiels. Le ZnSe transmet également la lumière visible (400-700 nm), permettant l'alignement avec les lasers HeNe (633 nm) sans outils d'alignement supplémentaires.
Tolérances de fabrication serrées : fabriqué avec des spécifications dimensionnelles et de surface ultra-précises, y compris une planéité de surface <λ/2 à 633 nm (pour la surface plane), une rugosité de surface <20 Å RMS (valeur efficace, mesurée par microscopie à force atomique) et une tolérance de diamètre +0,0/-0,05 mm. Ces tolérances garantissent que la surface conique est symétrique, empêchant ainsi la distorsion de l'anneau (par exemple, les anneaux elliptiques provoqués par un usinage asymétrique) .
Grande ouverture claire et conception robuste : les modèles de 1' de diamètre présentent une ouverture libre > ø22,86 mm (90 % du diamètre total), garantissant que même les grands faisceaux collimatés (jusqu'à 20 mm de diamètre) sont pleinement utilisés. Les axicons sont également conçus avec une base plano de 2 mm d'épaisseur, offrant une stabilité mécanique pendant le montage et réduisant le risque de casse (le ZnSe est relativement fragile, avec une dureté Mohs de 4).
Perçage et découpe au laser : créez des profils de faisceau en forme d'anneau précis pour la perforation de matériaux (par exemple, percer des trous dans des composants aérospatiaux) et la découpe (par exemple, trancher des substrats en céramique). Le faisceau annulaire fournit de l'énergie au bord de la cible, réduisant ainsi les zones affectées par la chaleur (HAZ). Par exemple, lors du forage de trous de 1 mm dans du titane, un système basé sur l'axicon produit une HAZ <50 µm, contre 100 µm avec un faisceau gaussien.
Génération de faisceaux de Bessel : produisez des faisceaux de Bessel non diffractants pour la propagation sur de longues distances dans les communications en espace libre (par exemple, les liaisons laser satellite-sol) et le piégeage de particules (par exemple, les pincettes optiques). Les faisceaux de Bessel conservent leur intensité sur des kilomètres (contrairement aux faisceaux gaussiens, qui divergent considérablement), ce qui les rend idéaux pour les communications dans l'espace lointain où la perte de signal constitue un défi majeur.
Systèmes laser CO₂ : Idéal pour l'intégration dans des équipements de traitement laser infrarouge moyen (par exemple, lasers CO₂ pour le soudage et la gravure du plastique). Dans le soudage du plastique, le faisceau annulaire crée un joint de soudure solide et uniforme (par rapport au joint inégal d'un faisceau gaussien), améliorant ainsi la résistance des composants de dispositifs médicaux (par exemple, les seringues en plastique).
Détection 3D et imagerie de lumière structurée : générez des modèles de lumière structurés annulaires ou en forme de Bessel pour la cartographie de profondeur (par exemple, les systèmes de reconnaissance faciale) et la profilométrie de surface (par exemple, mesure de la topographie des plaquettes semi-conductrices). En reconnaissance faciale, le motif de Bessel non diffractant garantit que les caractéristiques sont détectées même à des distances variables (0,5 à 2 m), améliorant ainsi la précision.
Dispositifs médicaux : permettre l'administration de lasers spécialisés en dermatologie (par exemple, resurfaçage au laser) et en ophtalmologie (par exemple, traitement du glaucome). En dermatologie, le faisceau annulaire cible la couche externe de la peau (épiderme) sans endommager le derme sous-jacent, réduisant ainsi le temps de récupération. Dans le traitement du glaucome, il crée des canaux de drainage précis dans l’œil avec un minimum de dommages aux tissus.
Le diamètre de l'anneau de sortie (D) dépend de trois facteurs : l'angle au sommet de l'axicon (α), la distance de travail (L, distance entre la surface plane de l'axicon et la cible) et l'indice de réfraction du substrat (n). La formule est la suivante : D = 2L × tan(β), où β est l'angle de divergence du faisceau (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Par exemple, en utilisant un axicon ZnSe (n=2,4) avec α=1,0° et L=100 mm : β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, donc D = 2×100×tan(0,7°) ≈ 2,44 mm. Les facteurs qui modifient le diamètre comprennent la température (change légèrement n) et la collimation du faisceau d'entrée (les faisceaux non collimatés augmentent la variation du diamètre) .
Les axicons du ZnSe gèrent des densités de puissance en onde continue (CW) jusqu'à 10 W/cm⊃2 ; dans la plage de 7 à 12 µm (par exemple, laser CO₂ de 100 W avec un faisceau de 10 mm de diamètre). Pour éviter tout dommage, assurez un refroidissement adéquat : utilisez un dissipateur thermique (par exemple, de l'aluminium avec de la graisse thermique, résistance thermique <0,5°C/W) fixé à la base plane de l'axicon, car le ZnSe a une faible conductivité thermique (18 W/m·K). Évitez également d'opérer à proximité des bords de longueur d'onde du laser (par exemple, <7 µm ou >12 µm pour les axicons infrarouges moyens), car l'absorption augmente en dehors de la plage optimale, entraînant une surchauffe.
Alors que les axicons ZnSe sont optimisés pour l'IR moyen, les axicons sont disponibles pour les longueurs d'onde visibles et UV en utilisant des substrats appropriés. Pour les lasers visibles (400-700 nm), utilisez des axicons N-BK7 ou de silice fondue (avec revêtements AR pour 400-700 nm) ; ceux-ci offrent une transmission >95 % et produisent des faisceaux Bessel avec des propriétés non diffractantes similaires. Pour les lasers UV (190-380 nm), utilisez des axicons de silice fondue de qualité UV (qui résistent à la dégradation induite par les UV) avec des revêtements UV AR. Par exemple, un axicon UV (α=0,5°) à 355 nm produit un diamètre d'anneau de 1,2 mm à L=100 mm, idéal pour le micro-usinage au laser UV.
