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A differenza delle lenti che focalizzano la luce su un singolo punto, gli axicon deviano i raggi luminosi con un angolo costante rispetto all'asse ottico (seguendo la legge di Snell), creando un fascio conico che mantiene la sua distribuzione di intensità su lunghe distanze (comportamento non diffrazione). Gli assiconi di seleniuro di zinco (ZnSe) eccellono nelle applicazioni nel medio infrarosso (medio IR) (7-12 µm), un intervallo di lunghezze d'onda fondamentale per i laser a CO₂ e l'imaging termico. Questi axicon offrono un controllo preciso dell'angolo (angoli dell'apice fisico da 0,1° a 2,0°) e una trasmissione eccezionale (>97% in media) nell'intervallo di lunghezze d'onda 7-12 µm , grazie all'elevata trasmittanza nel medio IR di ZnSe (>90% a 10,6 µm) e ai rivestimenti antiriflesso a banda larga.
Controllo di precisione dell'angolo dell'apice : disponibile con angoli fisici dell'apice da 0,1° a 2,0° (l'angolo sulla punta della superficie conica) con tolleranza di ±0,01°: questo livello di precisione determina direttamente l'angolo di divergenza del raggio (β), che viene calcolato utilizzando la legge di Snell: β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2, dove n è l'indice di rifrazione del substrato (2,4 per ZnSe a 10,6 µm). Ad esempio, un angolo all'apice di 1,0° produce un angolo di divergenza di ~0,7°, creando un anello con un diametro di 14 mm a una distanza di lavoro di 1 m.
Rivestimenti AR a banda larga su entrambe le superfici : sia la superficie piana che quella conica sono dotate di rivestimenti antiriflesso ottimizzati per 7-12 µm, fornendo una riflettanza media <1% per superficie. Ciò riduce al minimo le perdite di riflessione (che ridurrebbero l'intensità dell'anello) e previene le riflessioni posteriori che possono danneggiare la sorgente laser (ad esempio, laser a CO₂). I rivestimenti vengono depositati tramite evaporazione a fascio di elettroni e testati per l'uniformità utilizzando la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR).
Substrati ZnSe di alta qualità : realizzati con ZnSe di elevata purezza (purezza del 99,99%) per garantire un assorbimento minimo nel medio IR (coefficiente di assorbimento <0,005 cm⁻⊃1; a 10,6 µm), fondamentale per le applicazioni laser ad alta potenza, poiché l'assorbimento porta al riscaldamento e a potenziali danni. ZnSe trasmette anche luce visibile (400-700 nm), consentendo l'allineamento con laser HeNe (633 nm) senza strumenti di allineamento aggiuntivi.
Tolleranze di produzione strette : fabbricato con specifiche dimensionali e superficiali ultra precise, tra cui planarità superficiale <λ/2 a 633 nm (per la superficie piana), rugosità superficiale <20 Å RMS (radice quadrata media, misurata tramite microscopia a forza atomica) e tolleranza del diametro +0,0/-0,05 mm. Queste tolleranze assicurano che la superficie conica sia simmetrica, prevenendo la distorsione dell'anello (ad esempio, anelli ellittici causati da lavorazione asimmetrica).
Ampia apertura trasparente e design robusto : i modelli da 1' di diametro presentano un'apertura trasparente >ø22,86 mm (90% del diametro totale), garantendo che anche i fasci collimati di grandi dimensioni (fino a 20 mm di diametro) siano pienamente utilizzati. Gli axicon sono inoltre progettati con una base piana spessa 2 mm, che fornisce stabilità meccanica durante il montaggio e riduce il rischio di rottura (ZnSe è relativamente fragile, con una durezza Mohs di 4).
Foratura e taglio laser : crea profili di travi a forma di anello precisi per la perforazione di materiali (ad esempio, fori in componenti aerospaziali) e il taglio (ad esempio, affettatura di substrati ceramici). Il raggio anulare fornisce energia al bordo del bersaglio, riducendo le zone influenzate dal calore (HAZ): ad esempio, quando si praticano fori da 1 mm nel titanio, un sistema basato su axicon produce una HAZ di <50 µm, rispetto a 100 µm con un raggio gaussiano.
Generazione di raggi Bessel : produce raggi Bessel non diffranti per la propagazione a lunga distanza nella comunicazione nello spazio libero (ad esempio, collegamenti laser satellite-terra) e per l'intrappolamento di particelle (ad esempio, pinzette ottiche). I raggi di Bessel mantengono la loro intensità per chilometri (rispetto ai raggi gaussiani, che divergono in modo significativo), rendendoli ideali per le comunicazioni nello spazio profondo dove la perdita di segnale rappresenta una sfida importante.
Sistemi laser CO₂ : ideali per l'integrazione in apparecchiature di lavorazione laser nel medio infrarosso (ad es. laser CO₂ per saldatura e incisione della plastica). Nella saldatura della plastica, il fascio anulare crea un cordone di saldatura forte e uniforme (rispetto al cordone irregolare di un fascio gaussiano), migliorando la resistenza dei componenti del dispositivo medico (ad esempio, siringhe di plastica).
Rilevamento 3D e imaging a luce strutturata : generazione di modelli di luce strutturata anulare o a forma di Bessel per la mappatura della profondità (ad esempio, sistemi di riconoscimento facciale) e profilometria superficiale (ad esempio, misurazione della topografia di wafer semiconduttori). Nel riconoscimento facciale, il modello di Bessel non diffrazione garantisce che i tratti vengano rilevati anche a distanze variabili (0,5-2 m), migliorando la precisione.
Dispositivi medici : consentono l'erogazione di laser specializzati in dermatologia (ad esempio, resurfacing laser) e oftalmologia (ad esempio, trattamento del glaucoma). In dermatologia, il raggio anulare colpisce lo strato esterno della pelle (epidermide) senza danneggiare il derma sottostante, riducendo i tempi di recupero. Nel trattamento del glaucoma, crea canali di drenaggio precisi nell'occhio con un danno tissutale minimo.
Il diametro dell'anello di uscita (D) dipende da tre fattori: l'angolo dell'apice dell'axicon (α), la distanza di lavoro (L, distanza dalla superficie piana dell'axicon al bersaglio) e l'indice di rifrazione del substrato (n). La formula è: D = 2L × tan(β), dove β è l'angolo di divergenza del fascio (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Ad esempio, utilizzando un axicon ZnSe (n=2,4) con α=1,0° e L=100 mm: β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, quindi D = 2×100×tan(0,7°) ≈ 2,44 mm. I fattori che alterano il diametro includono la temperatura (cambia leggermente) e la collimazione del raggio di ingresso (i raggi non collimati aumentano la variazione del diametro).
Gli assiconi ZnSe gestiscono densità di potenza a onda continua (CW) fino a 10 W/cm² nell'intervallo 7-12 µm (ad esempio, laser CO₂ da 100 W con un raggio di 10 mm di diametro). Per evitare danni, garantire un raffreddamento adeguato: utilizzare un dissipatore di calore (ad esempio, alluminio con grasso termico, resistenza termica <0,5°C/W) collegato alla base plano dell'axicon, poiché ZnSe ha una bassa conduttività termica (18 W/m·K). Inoltre, evitare di operare vicino ai bordi della lunghezza d'onda del laser (ad esempio, <7 µm o >12 µm per gli assiconi nel medio IR), poiché l'assorbimento aumenta al di fuori dell'intervallo ottimale, portando al surriscaldamento.
Mentre gli axicon ZnSe sono ottimizzati per il medio IR, gli axicon sono disponibili per le lunghezze d'onda visibili e UV utilizzando substrati appropriati. Per i laser visibili (400-700 nm), utilizzare N-BK7 o assiconi di silice fusa (con rivestimenti AR per 400-700 nm); questi forniscono una trasmissione >95% e producono fasci di Bessel con proprietà di non diffrazione simili. Per i laser UV (190-380 nm), utilizzare assiconi di silice fusa di grado UV (che resistono alla degradazione indotta dai raggi UV) con rivestimenti UV AR. Ad esempio, un axicon UV (α=0,5°) a 355 nm produce un diametro dell'anello di 1,2 mm a L=100 mm, ideale per la microlavorazione laser UV.
