Aksikony

Przegląd produktu

W przeciwieństwie do soczewek skupiających światło w jednym punkcie, aksikony odchylają promienie świetlne pod stałym kątem względem osi optycznej (zgodnie z prawem Snella), tworząc stożkową wiązkę, która utrzymuje rozkład natężenia na długich dystansach (zachowanie niedyfrakcyjne). Aksikony selenku cynku (ZnSe) doskonale sprawdzają się w zastosowaniach w średniej podczerwieni (średniej podczerwieni) (7–12 µm), czyli w zakresie długości fal krytycznym dla laserów CO₂ i obrazowania termowizyjnego. Aksikony te zapewniają precyzyjną kontrolę kąta (fizyczny kąt wierzchołkowy od 0,1° do 2,0°) i wyjątkową transmisję (średnio>97%) w zakresie długości fal 7–12 µm , dzięki wysokiej przepuszczalności średniej podczerwieni ZnSe (>90% przy 10,6 µm) i szerokopasmowym powłokom przeciwodblaskowym.

Cechy produktu

Precyzyjna kontrola kąta wierzchołka : Dostępna z fizycznymi kątami wierzchołka od 0,1° do 2,0° (kąt na końcu powierzchni stożkowej) z tolerancją ±0,01° — ten poziom precyzji bezpośrednio określa kąt rozbieżności wiązki (β), który jest obliczany przy użyciu prawa Snella: β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2, gdzie n to współczynnik załamania światła podłoża (2,4 dla ZnSe przy 10,6 µm). Na przykład kąt wierzchołkowy 1,0° daje kąt rozbieżności ~0,7°, tworząc pierścień o średnicy 14 mm w odległości roboczej 1 m.

Szerokopasmowe powłoki AR na obu powierzchniach : Zarówno powierzchnie płaskie, jak i stożkowe posiadają powłoki przeciwodblaskowe zoptymalizowane dla 7-12 µm, zapewniające średni współczynnik odbicia <1% na powierzchnię. Minimalizuje to straty odbić (co zmniejszyłoby intensywność pierścienia) i zapobiega odbiciom wstecznym, które mogą uszkodzić źródło lasera (np. lasery CO₂). Powłoki osadza się poprzez odparowanie wiązką elektronów i testuje pod kątem jednorodności za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR).

Wysokiej jakości podłoża ZnSe : Wykonane z ZnSe o wysokiej czystości (czystość 99,99%), aby zapewnić minimalną absorpcję w średniej podczerwieni (współczynnik absorpcji <0,005 cm⁻⊃1; przy 10,6 µm) – krytyczne w przypadku zastosowań laserów o dużej mocy, ponieważ absorpcja prowadzi do nagrzania i potencjalnych uszkodzeń. ZnSe przepuszcza również światło widzialne (400-700 nm), umożliwiając osiowanie za pomocą laserów HeNe (633 nm) bez dodatkowych narzędzi do ustawiania.

Wąskie tolerancje produkcyjne : Wykonane z bardzo precyzyjnymi specyfikacjami wymiarowymi i powierzchniowymi, w tym płaskością powierzchni <λ/2 przy 633 nm (dla powierzchni płaskiej), chropowatością powierzchni <20 Å RMS (średnia kwadratowa mierzona za pomocą mikroskopii sił atomowych) i tolerancją średnicy +0,0/-0,05 mm. Tolerancje te zapewniają, że powierzchnia stożkowa jest symetryczna, co zapobiega zniekształceniom pierścieni (np. pierścieniom eliptycznym spowodowanym asymetryczną obróbką).

Duża przezroczysta apertura i solidna konstrukcja : modele o średnicy 1' charakteryzują się przezroczystą aperturą > ø22,86 mm (90% całkowitej średnicy), co zapewnia pełne wykorzystanie nawet dużych skolimowanych wiązek (do średnicy 20 mm). Aksikony są również zaprojektowane z płaską podstawą o grubości 2 mm, zapewniającą stabilność mechaniczną podczas montażu i zmniejszającą ryzyko złamania (ZnSe jest stosunkowo kruchy, o twardości w skali Mohsa 4).

Aplikacje

Wiercenie i cięcie laserowe : Twórz precyzyjne profile belek w kształcie pierścienia do perforacji materiału (np. wiercenia otworów w elementach lotniczych) i cięcia (np. krojenia podłoży ceramicznych). Pierścieniowa wiązka dostarcza energię do krawędzi celu, redukując strefy wpływu ciepła (HAZ) — na przykład podczas wiercenia otworów o średnicy 1 mm w tytanie system oparty na aksikonach wytwarza HAZ <50 µm w porównaniu do 100 µm w przypadku wiązki Gaussa.

Generowanie wiązek Bessela : Wytwarzanie nieuginających się wiązek Bessela do propagacji na duże odległości w komunikacji w wolnej przestrzeni (np. łącza laserowe satelita-ziemia) i wychwytywania cząstek (np. pęseta optyczna). Wiązki Bessela utrzymują swoją intensywność na przestrzeni kilometrów (w porównaniu z wiązkami Gaussa, które znacznie się od siebie różnią), co czyni je idealnymi do komunikacji w przestrzeni kosmicznej, gdzie głównym wyzwaniem jest utrata sygnału.

Systemy laserowe CO₂ : Idealne do integracji ze sprzętem do przetwarzania laserowego średniej podczerwieni (np. laserami CO₂ do spawania i grawerowania tworzyw sztucznych). Podczas spawania tworzyw sztucznych belka pierścieniowa tworzy mocny, jednolity szew (w porównaniu z nierównym szwem wiązki Gaussa), poprawiając wytrzymałość elementów wyrobów medycznych (np. plastikowych strzykawek).

Wykrywanie 3D i obrazowanie światłem strukturalnym : generowanie wzorców światła strukturalnego w kształcie pierścienia lub Bessela na potrzeby mapowania głębi (np. systemy rozpoznawania twarzy) i profilometrii powierzchni (np. pomiar topografii płytek półprzewodnikowych). W przypadku rozpoznawania twarzy niedyfrakcyjny wzór Bessela zapewnia wykrywanie cech nawet w różnych odległościach (0,5–2 m), co poprawia dokładność.

Wyroby medyczne : Umożliwiają specjalistyczne dostarczanie lasera w dermatologii (np. laserowe odnawianie powierzchni) i okulistyce (np. leczenie jaskry). W dermatologii pierścieniowa wiązka celuje w zewnętrzną warstwę skóry (naskórek), nie uszkadzając znajdującej się pod nią skóry właściwej, skracając czas rekonwalescencji. W leczeniu jaskry tworzy precyzyjne kanały drenażowe w oku przy minimalnym uszkodzeniu tkanek.

Często zadawane pytania

Jak obliczana jest średnica pierścienia wyjściowego i jakie czynniki na nią wpływają?

Średnica pierścienia wyjściowego (D) zależy od trzech czynników: kąta wierzchołkowego aksikonu (α), odległości roboczej (L, odległość od płaskiej powierzchni aksikonu do celu) i współczynnika załamania światła podłoża (n). Wzór jest następujący: D = 2L × tan(β), gdzie β to kąt rozbieżności wiązki (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Na przykład, używając aksikonu ZnSe (n=2,4) z α=1,0° i L=100 mm: β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, więc D = 2×100×tg (0,7°) ≈ 2,44 mm. Czynniki zmieniające średnicę obejmują temperaturę (zmiany n nieznacznie) i kolimację wiązki wejściowej (nieskolimowane wiązki zwiększają zmienność średnicy).

Jaka jest maksymalna zdolność przenoszenia mocy i jak uniknąć uszkodzeń?

Aksikony ZnSe obsługują falę ciągłą (CW) o gęstości mocy do 10 W/cm² w zakresie 7-12 µm (np. laser CO₂ o mocy 100 W i wiązce o średnicy 10 mm). Aby uniknąć uszkodzeń, zadbaj o odpowiednie chłodzenie – użyj radiatora (np. aluminium ze pastą termoprzewodzącą, opór cieplny <0,5°C/W) przymocowanego do płaskiej podstawy axiconu, ponieważ ZnSe ma niską przewodność cieplną (18 W/m·K). Należy także unikać pracy w pobliżu krawędzi długości fali lasera (np. <7 µm lub >12 µm dla aksikonu średniej podczerwieni), ponieważ absorpcja wzrasta poza optymalnym zakresem, co prowadzi do przegrzania.

Czy aksikony można stosować z laserami widzialnymi lub UV, czy też są one ograniczone do średniej podczerwieni?

Chociaż aksikony ZnSe są zoptymalizowane pod kątem średniej podczerwieni, aksikony są dostępne dla długości fal widzialnych i UV przy użyciu odpowiednich substratów. W przypadku laserów widzialnych (400-700 nm) należy stosować aksikony N-BK7 lub topioną krzemionkę (z powłokami AR dla 400-700 nm); zapewniają one transmisję > 95% i wytwarzają wiązki Bessela o podobnych właściwościach nieuginających się. W przypadku laserów UV (190–380 nm) należy stosować aksikony topionej krzemionki odporne na promieniowanie UV (które są odporne na degradację wywołaną promieniowaniem UV) z powłokami UV AR. Na przykład aksikon UV (α=0,5°) przy 355 nm daje pierścień o średnicy 1,2 mm przy L=100 mm – idealny do mikroobróbki laserowej UV.