Axicons

Produktöversikt

Till skillnad från linser som fokuserar ljus till en enda punkt, avleder axikoner ljusstrålar i en konstant vinkel i förhållande till den optiska axeln (enligt Snells lag), vilket skapar en konisk stråle som bibehåller sin intensitetsfördelning över långa avstånd (icke-böjande beteende). Zinkselenid (ZnSe) axikoner utmärker sig i mellaninfraröda (mid-IR) applikationer (7-12 µm), ett våglängdsområde som är kritiskt för CO₂-lasrar och värmeavbildning. Dessa axiconer erbjuder exakt vinkelkontroll (0,1° till 2,0° fysiska spetsvinklar) och exceptionell transmission (>97 % i genomsnitt) över våglängdsområdet 7-12 µm tack vare ZnSes höga mid-IR-transmittans (>90 % vid 10,6 µm) och bredbandsbeläggningsantireflektionsbeläggning.

Produktegenskaper

Precision Apex Angle Control : Tillgänglig med fysiska spetsvinklar från 0,1° till 2,0° (vinkeln vid spetsen av den koniska ytan) med ±0,01° tolerans—denna precisionsnivå bestämmer direkt strålens divergensvinkel (β), som beräknas med hjälp av Snells sinar(c/2) × α/2) α = sinar lag: α/2) × där n är substratets brytningsindex (2,4 för ZnSe vid 10,6 µm). Till exempel ger en 1,0° spetsvinkel en ~0,7° divergensvinkel, vilket skapar en ring med en diameter på 14 mm på 1 m arbetsavstånd.

Bredbandiga AR-beläggningar på båda ytorna : Både de plana och koniska ytorna har antireflexbeläggningar optimerade för 7-12 µm, vilket ger <1 % genomsnittlig reflektans per yta. Detta minimerar reflektionsförluster (vilket skulle minska ringintensiteten) och förhindrar bakåtreflektioner som kan skada laserkällan (t.ex. CO₂-lasrar). Beläggningarna avsätts via elektronstråleindunstning och testas för enhetlighet med Fourier-transform infraröd (FTIR) spektroskopi.

Högkvalitativa ZnSe-substrat : Konstruerade av ZnSe med hög renhet (99,99 % renhet) för att säkerställa minimal absorption i mitten av IR (absorptionskoefficient <0,005 cm⁻⊃1; vid 10,6 µm) – kritiskt för laserapplikationer med hög effekt, eftersom absorption leder till uppvärmning och potentiella skador. ZnSe överför också synligt ljus (400-700 nm), vilket möjliggör inriktning med HeNe-lasrar (633 nm) utan ytterligare inriktningsverktyg.

Snäva tillverkningstoleranser : Tillverkad med ultraexakta dimensions- och ytspecifikationer, inklusive ytplanhet <λ/2 vid 633 nm (för planytan), ytjämnhet <20 Å RMS (root mean square, mätt via atomkraftsmikroskopi) och diametertolerans +0,0/-0,05 mm. Dessa toleranser säkerställer att den koniska ytan är symmetrisk, vilket förhindrar ringförvrängning (t.ex. elliptiska ringar orsakade av asymmetrisk bearbetning).

Stor genomskinlig öppning och robust design : modeller med en diameter på 1' har en tydlig öppning >ø22,86 mm (90 % av den totala diametern), vilket säkerställer att även stora kollimerade balkar (upp till 20 mm i diameter) utnyttjas fullt ut. Axikonerna är också utformade med en 2 mm tjock plan bas, vilket ger mekanisk stabilitet under monteringen och reduktionen är relativt lätt och kortare. Mohs hårdhet på 4) .

Ansökningar

Laserborrning och skärning : Skapa exakta ringformade balkprofiler för materialperforering (t.ex. borrning av hål i rymdkomponenter) och skärning (t.ex. skivning av keramiska substrat). Den ringformade strålen levererar energi till kanten av målet, vilket minskar värmepåverkade zoner (HAZ) – till exempel, när man borrar 1 mm hål i titan, producerar ett axikonbaserat system en HAZ på <50 µm, jämfört med 100 µm med en Gaussisk stråle.

Bessel Beam Generation : Producera icke-diffraktionsstrålar för Bessel-strålar för långdistansutbredning i fritt rymdkommunikation (t.ex. satellit-till-jord laserlänkar) och partikelfångning (t.ex. optisk pincett). Bessel-strålar bibehåller sin intensitet över kilometer (mot Gauss-strålar, som divergerar avsevärt), vilket gör dem idealiska för kommunikation i djupa rymd där signalförlust är en stor utmaning.

CO₂-lasersystem : Idealiskt för integrering i utrustning för bearbetning av mid-IR-laser (t.ex. CO₂-lasrar för plastsvetsning och -gravering). Vid plastsvetsning skapar den ringformade balken en stark, enhetlig svetssöm (mot en gaussisk balks ojämna söm), vilket förbättrar styrkan hos komponenter i medicintekniska produkter (t.ex. plastsprutor).

3D-avkänning och strukturerad ljusavbildning : Generera ringformade eller Bessel-formade strukturerade ljusmönster för djupkartering (t.ex. ansiktsigenkänningssystem) och ytprofilometri (t.ex. mätning av halvledarwafertopografi). När det gäller ansiktsigenkänning säkerställer det icke-diffraktionerande Bessel-mönstret att egenskaper detekteras även på olika avstånd (0,5-2 m), vilket förbättrar noggrannheten.

Medicinsk utrustning : Möjliggör specialiserad laserleverans inom dermatologi (t.ex. laserresurfacing) och oftalmologi (t.ex. glaukombehandling). Inom dermatologi riktar den ringformiga strålen sig mot det yttre hudlagret (epidermis) utan att skada den underliggande dermis, vilket minskar återhämtningstiden. Vid glaukombehandling skapar den exakta dräneringskanaler i ögat med minimal vävnadsskada.

FAQ

Hur beräknas utgående ringdiameter och vilka faktorer påverkar den?

Utgångsringens diameter (D) beror på tre faktorer: axikonens spetsvinkel (α), arbetsavståndet (L, avståndet från axikonens planyta till målet) och substratets brytningsindex (n). Formeln är: D = 2L × tan(β), där β är strålens divergensvinkel (β = arcsin(n × sin(α/2)) - α/2). Använd till exempel en ZnSe-axel (n=2,4) med α=1,0° och L=100 mm: β = arcsin(2,4 × sin(0,5°)) - 0,5° ≈ 0,7°, så D = 2×100×tan(0,7°) ≈ 2,4 mm. Faktorer som ändrar diameter inkluderar temperatur (förändringar n något) och ingående strålkollimation (okollimerade strålar ökar diametervariationen).

Vilken är den maximala krafthanteringsförmågan och hur undviker man skador?

ZnSe axicons hanterar kontinuerliga vågor (CW) effekttätheter upp till 10 W/cm² inom området 7-12 µm (t.ex. 100 W CO2-laser med en stråle med en diameter på 10 mm). För att undvika skador, se till att kyla ordentligt – använd en kylfläns (t.ex. aluminium med termiskt fett, termiskt motstånd <0,5°C/W) fäst på axicons planobas, eftersom ZnSe har låg värmeledningsförmåga (18 W/m·K). Undvik också att arbeta nära laserns våglängdskanter (t.ex. <7 µm eller >12 µm för mitten av IR-axlarna), eftersom absorptionen ökar utanför det optimala intervallet, vilket leder till överhettning.

Kan axiconer användas med synliga eller UV-lasrar, eller är de begränsade till mid-IR?

Medan ZnSe-axikoner är optimerade för mid-IR, är axikoner tillgängliga för synliga och UV-våglängder med lämpliga substrat. För synliga lasrar (400-700 nm), använd N-BK7 eller fused silica axicons (med AR-beläggningar för 400-700 nm); dessa levererar >95 % transmission och producerar Bessel-balkar med liknande icke-diffraktionsegenskaper. För UV-lasrar (190-380 nm), använd UV-klassade fused silica axicons (som motstår UV-inducerad nedbrytning) med UV AR-beläggningar. Till exempel ger ett UV-axikon (α=0,5°) vid 355 nm en ringdiameter på 1,2 mm vid L=100 mm – perfekt för UV-lasermikrobearbetning.