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Ao contrário das lentes que focam a luz em um único ponto, os axônios desviam os raios de luz em um ângulo constante em relação ao eixo óptico (seguindo a lei de Snell), criando um feixe cônico que mantém sua distribuição de intensidade por longas distâncias (comportamento de não difração). Os axônios de seleneto de zinco (ZnSe) se destacam em aplicações de infravermelho médio (IR médio) (7-12 µm), uma faixa de comprimento de onda crítica para lasers de CO₂ e imagens térmicas. Esses axônios oferecem controle de ângulo preciso (ângulos de vértice físico de 0,1° a 2,0°) e transmissão excepcional (>97% da média) na faixa de comprimento de onda de 7 a 12 µm , graças à alta transmitância de infravermelho médio do ZnSe (>90% a 10,6 µm) e aos revestimentos antirreflexo de banda larga.
Controle de ângulo de ápice de precisão : Disponível com ângulos de ápice físicos de 0,1° a 2,0° (o ângulo na ponta da superfície cônica) com tolerância de ±0,01° - esse nível de precisão determina diretamente o ângulo de divergência do feixe (β), que é calculado usando a lei de Snell: β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2, onde n é o índice de refração do substrato (2,4 para ZnSe em 10,6 µm). Por exemplo, um ângulo de ápice de 1,0° produz um ângulo de divergência de ~0,7°, criando um anel com diâmetro de 14 mm a 1 m de distância de trabalho.
Revestimentos AR de banda larga em ambas as superfícies : As superfícies plana e cônica apresentam revestimentos antirreflexo otimizados para 7-12 µm, fornecendo refletância média <1% por superfície. Isso minimiza as perdas de reflexão (o que reduziria a intensidade do anel) e evita retrorreflexões que podem danificar a fonte do laser (por exemplo, lasers de CO₂). Os revestimentos são depositados por evaporação por feixe de elétrons e testados quanto à uniformidade usando espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).
Substratos de ZnSe de alta qualidade : Construídos a partir de ZnSe de alta pureza (99,99% de pureza) para garantir absorção mínima no IR médio (coeficiente de absorção <0,005 cm⁻⊃1; a 10,6 µm) - crítico para aplicações de laser de alta potência, pois a absorção leva ao aquecimento e danos potenciais. ZnSe também transmite luz visível (400-700 nm), permitindo o alinhamento com lasers HeNe (633 nm) sem ferramentas adicionais de alinhamento.
Tolerâncias de fabricação rigorosas : Fabricado com especificações dimensionais e de superfície ultraprecisas, incluindo planicidade da superfície <λ/2 a 633 nm (para a superfície plana), rugosidade da superfície <20 Å RMS (raiz quadrada média, medida por microscopia de força atômica) e tolerância de diâmetro +0,0/-0,05 mm. Estas tolerâncias garantem que a superfície cônica seja simétrica, evitando distorções do anel (por exemplo, anéis elípticos causados por usinagem assimétrica).
Grande abertura transparente e design robusto : os modelos de 1' de diâmetro apresentam uma abertura transparente >ø22,86 mm (90% do diâmetro total), garantindo que mesmo grandes feixes colimados (até 20 mm de diâmetro) sejam totalmente utilizados. Os axônios também são projetados com uma base plana de 2 mm de espessura, proporcionando estabilidade mecânica durante a montagem e reduzindo o risco de quebra (o ZnSe é relativamente frágil, com uma dureza Mohs de 4).
Perfuração e corte a laser : Crie perfis de feixe precisos em forma de anel para perfuração de materiais (por exemplo, fazer furos em componentes aeroespaciais) e corte (por exemplo, fatiar substratos cerâmicos). O feixe anular fornece energia para a borda do alvo, reduzindo as zonas afetadas pelo calor (ZTA). Por exemplo, ao perfurar furos de 1 mm em titânio, um sistema baseado em axicon produz uma ZTA de <50 µm, em comparação com 100 µm com um feixe gaussiano.
Geração de Feixe de Bessel : Produz feixes de Bessel não difrativos para propagação de longa distância em comunicação no espaço livre (por exemplo, links de laser satélite-solo) e captura de partículas (por exemplo, pinças ópticas). Os feixes de Bessel mantêm sua intensidade ao longo de quilômetros (em comparação com os feixes gaussianos, que divergem significativamente), tornando-os ideais para comunicação no espaço profundo, onde a perda de sinal é um grande desafio.
Sistemas de laser CO₂ : Ideal para integração em equipamentos de processamento de laser IR médio (por exemplo, lasers CO₂ para soldagem e gravação de plástico). Na soldagem de plástico, o feixe anular cria uma costura de solda forte e uniforme (em comparação com a costura irregular de uma viga gaussiana), melhorando a resistência dos componentes do dispositivo médico (por exemplo, seringas de plástico).
Detecção 3D e imagem de luz estruturada : Gere padrões de luz estruturados anulares ou em formato de Bessel para mapeamento de profundidade (por exemplo, sistemas de reconhecimento facial) e perfilometria de superfície (por exemplo, medição de topografia de wafer semicondutor). No reconhecimento facial, o padrão de Bessel sem difração garante que as características sejam detectadas mesmo em distâncias variadas (0,5-2 m), melhorando a precisão.
Dispositivos Médicos : Permitem a aplicação especializada de laser em dermatologia (por exemplo, resurfacing a laser) e oftalmologia (por exemplo, tratamento de glaucoma). Na dermatologia, o feixe anular atinge a camada externa da pele (epiderme) sem danificar a derme subjacente, reduzindo o tempo de recuperação. No tratamento do glaucoma, cria canais de drenagem precisos no olho com danos mínimos aos tecidos.
O diâmetro do anel de saída (D) depende de três fatores: o ângulo do ápice do axicon (α), a distância de trabalho (L, distância da superfície plana do axicon ao alvo) e o índice de refração do substrato (n). A fórmula é: D = 2L × tan(β), onde β é o ângulo de divergência do feixe (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Por exemplo, usando um axicon ZnSe (n=2,4) com α=1,0° e L=100 mm: β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, então D = 2×100×tan(0,7°) ≈ 2,44 mm. Os fatores que alteram o diâmetro incluem a temperatura (muda ligeiramente) e a colimação do feixe de entrada (feixes não colimados aumentam a variação do diâmetro).
Os axônios ZnSe lidam com densidades de potência de onda contínua (CW) de até 10 W/cm² na faixa de 7-12 µm (por exemplo, laser CO₂ de 100 W com feixe de 10 mm de diâmetro). Para evitar danos, garanta o resfriamento adequado - use um dissipador de calor (por exemplo, alumínio com pasta térmica, resistência térmica <0,5°C/W) conectado à base plana do axicon, pois o ZnSe tem baixa condutividade térmica (18 W/m·K). Além disso, evite operar perto das bordas do comprimento de onda do laser (por exemplo, <7 μm ou >12 μm para axônios de infravermelho médio), pois a absorção aumenta fora da faixa ideal, levando ao superaquecimento.
Embora os axônios ZnSe sejam otimizados para infravermelho médio, os axônios estão disponíveis para comprimentos de onda visíveis e UV usando substratos apropriados. Para lasers visíveis (400-700 nm), use N-BK7 ou axônios de sílica fundida (com revestimentos AR para 400-700 nm); estes fornecem transmissão> 95% e produzem feixes de Bessel com propriedades semelhantes de não difração. Para lasers UV (190-380 nm), use axônios de sílica fundida de grau UV (que resistem à degradação induzida por UV) com revestimentos UV AR. Por exemplo, um axicon UV (α=0,5°) a 355 nm produz um diâmetro de anel de 1,2 mm a L=100 mm – ideal para microusinagem a laser UV.
