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Contrairement aux éléments optiques diffractifs (DOE) qui reposent sur la manipulation du front d'onde, les tiges d'homogénéisation utilisent une optique géométrique : chaque réflexion redistribue l'énergie lumineuse sur la section transversale de la tige, ce qui entraîne une distribution uniforme de l'intensité à la sortie. Les tiges de mélange de lumière hexagonales de Thorlabs, par exemple, sont conçues avec des surfaces internes polies avec précision (finition 60-40 par rayures) pour minimiser la perte de lumière et maximiser l'uniformité, ce qui les rend essentielles pour les applications où un éclairage constant n'est pas négociable (par exemple, imagerie médicale, traitement des matériaux au laser). Ces tiges utilisent des substrats en silice fondue UV (UVFS), choisis pour leur transmission élevée (> 90 % à 300 nm) et leur résistance aux dommages causés par le laser, avec des revêtements antireflet (AR) à large bande en option, garantissant une transmission efficace de la lumière sur des plages de longueurs d'onde de 350 à 700 nm (visible) ou de 650 à 1 050 nm (NIR). .
Performances d'homogénéisation exceptionnelles : convertissez des faisceaux d'entrée non uniformes en profils à sommet plat avec une variation d'intensité minimale, généralement <5 % sur la surface de sortie (mesurée à 1/e⊃2 ; diamètre du faisceau). Ce niveau d'uniformité est essentiel pour des applications telles que le soudage au laser, où une distribution inégale de l'énergie entraînerait une résistance des joints incohérente.
Revêtements à faible perte : les revêtements AR à large bande sont appliqués sur les faces d'entrée et de sortie, fournissant une réflectance moyenne <0,5 % par surface dans la plage de longueurs d'onde spécifiée (par exemple, 350 à 700 nm pour les applications visibles). Par rapport aux tiges non revêtues (qui ont une réflectance d'environ 4 % par surface en raison des pertes de Fresnel), les versions revêtues augmentent l'efficacité globale de la transmission de 7 à 9 %, une amélioration significative pour les systèmes LED de faible puissance.
Géométrie hexagonale : optimise l'efficacité du TIR par rapport aux tiges rondes ou carrées. La section transversale hexagonale garantit que les rayons lumineux se reflètent sur six surfaces internes (contre quatre pour les tiges carrées), réduisant ainsi les « points chauds » et assurant un mélange de faisceaux plus cohérent. Par exemple, une tige hexagonale de 4 mm produit un profil à dessus plat avec une uniformité 20 % supérieure à celle d'une tige carrée de 4 mm de même longueur.
Fabrication de précision : fabriqué avec des tolérances dimensionnelles ultra-serrées, y compris une épaisseur centrale de ± 0,1 mm (garantissant une longueur de trajet de faisceau constante) et une qualité de surface de 60 à 40 rayures (minimisant la diffusion de la lumière). Le rapport longueur/ouverture de la tige (généralement 6:1 pour les modèles standard) est soigneusement calibré pour équilibrer les performances d'homogénéisation et la compacité.
Dimensionnement et personnalisation polyvalents : disponible en longueurs standard (25,0 mm, 50,0 mm) et en tailles d'ouverture (4,0 mm, 6,0 mm), avec des options personnalisées pour les systèmes spécialisés (par exemple, tiges d'ouverture de 10 mm pour les lasers haute puissance). Les personnalisations incluent également des bords chanfreinés (pour éviter l'écaillage lors du montage) et des revêtements antireflet adaptés à des longueurs d'onde spécifiques (par exemple, 405 nm pour les LED UV) .
Illuminateurs LED : améliorent l'uniformité des systèmes d'éclairage industriels (par exemple, lampes d'inspection pour cartes de circuits imprimés) et du rétroéclairage des écrans (par exemple, écrans LCD dans les moniteurs médicaux). Par exemple, lors de l'inspection des PCB, les tiges d'homogénéisation garantissent que les joints de soudure sont éclairés uniformément, réduisant ainsi le risque de défauts manqués (par exemple, soudure à froid) .
Imagerie médicale : fournit un éclairage constant pour les endoscopes (par exemple, laparoscopique, bronchoscopique) et la microscopie à fluorescence, où une lumière uniforme est essentielle pour une visualisation précise des tissus. En microscopie à fluorescence, un faisceau homogénéisé garantit que toutes les régions d'un échantillon de tissu reçoivent la même intensité d'excitation, évitant ainsi les résultats faussement négatifs.
Traitement des matériaux au laser : assure une distribution uniforme de l'énergie dans les applications de soudage, de découpe et de marquage au laser. Par exemple, lors de la découpe de l'acier inoxydable, un profil de poutre à sommet plat provenant d'une tige d'homogénéisation produit des bords plus nets (avec une hauteur de bavure <5 μm) par rapport à une poutre gaussienne (ce qui crée une répartition inégale de la chaleur et des bavures plus importantes).
Vision industrielle : améliorez la précision de l'inspection dans les systèmes automatisés (par exemple, détection de défauts de bouteilles, inspection de plaquettes semi-conductrices) en fournissant un éclairage uniformément réparti sur les surfaces cibles. Lors de l'inspection des bouteilles, un éclairage uniforme met en évidence des défauts subtils tels que des fissures ou des parois inégales qui seraient masqués par un faisceau non uniforme.
Intégration OEM : personnalisable pour intégration dans des systèmes optiques spécialisés, tels que des cytomètres en flux (où un éclairage laser uniforme garantit un comptage cellulaire précis) et des scanners 3D (où une intensité lumineuse constante améliore la densité des nuages de points). Les versions OEM incluent souvent des brides de montage ou des marques d'alignement pour une intégration facile dans les lignes de production.
Une distance de travail de 3 mm est optimale pour obtenir un profil de poutre entièrement plat au niveau de la surface de sortie. Au-delà de cette distance, le faisceau commence à diverger légèrement (angle de divergence typique : 0,5°), ce qui réduit l'uniformité : à 10 mm, la variation d'intensité peut atteindre 10 à 15 %. Pour les applications nécessitant une distance de travail plus longue (par exemple, impression grand format), associez la tige à une lentille collimatrice pour maintenir l'intégrité du profil plat.
Oui, mais les performances dépendent du support et du revêtement. Les modèles de silice fondue UV (UVFS), couramment utilisés pour les applications haute puissance, prennent en charge des densités d'énergie laser pulsée allant jusqu'à 55 J/cm⊃2 ; (impulsion de 1 µs à 980 nm) et densités de puissance en onde continue (CW) jusqu'à 6 W/cm⊃2 ; à 980 nm. Pour des niveaux de puissance plus élevés (par exemple, lasers CW 20 W), envisagez des tiges avec des supports dissipant la chaleur ou des substrats en saphir (qui ont une conductivité thermique plus élevée : 46 W/m·K contre 1,4 W/m·K pour UVFS) .
Les revêtements AR réduisent les réflexions de surface, ce qui non seulement augmente l'efficacité de la transmission, mais minimise également les rétro-réflexions qui peuvent endommager la source lumineuse (par exemple, les puces LED ou les diodes laser). Par exemple, dans un système visible à 350-700 nm, une tige revêtue transmet environ 92 % de la lumière d'entrée, tandis qu'une tige non revêtue transmet environ 85 %. De plus, les revêtements AR réduisent la lumière parasite dans le système, améliorant ainsi le rapport signal/bruit dans les applications d'imagerie.
La principale cause de non-uniformité est le désalignement du faisceau d'entrée au-delà de l'angle critique de la tige (θc ≈ 14° pour UVFS). Si le faisceau d'entrée est incliné de plus de ±2° par rapport à l'axe optique de la tige, certains rayons lumineux s'échappent par les côtés de la tige (au lieu de subir le TIR), créant ainsi des points chauds. Pour résoudre ce problème, utilisez du matériel de montage de précision (par exemple, des supports cinématiques) pour aligner le faisceau à ±0,5° de l'axe. D'autres causes incluent la contamination de la surface (nettoyer les tiges comme décrit précédemment) et les dommages aux tiges (remplacer les tiges présentant des rayures plus profondes que 1 µm) .
