Zašto koristiti cilindar/laserski zrak sa ravnim vrhom?

Većina laserskih zraka je Gaussova, ali u nekim slučajevima može biti korisno imati ne-Gausov profil zračenja. Simetrična raspodjela zračenja Gaussovog snopa opada kako se rastojanje od centra poprečnog presjeka laserskog snopa povećava. Zrake sa ravnim vrhom ili cilindarom imaju konstantnu distribuciju zračenja preko poprečnog presjeka laserskog snopa (slika 1). Neke aplikacije koje imaju koristi od konstantnog intenziteta u datom području uključuju obradu poluvodičkih pločica, nelinearnu konverziju frekvencije na visokim nivoima snage i obradu materijala. Grede sa ravnim vrhom obično daju preciznije i predvidljive rezultate, kao što su oštriji rezovi i oštrije ivice, od Gausovih greda, ali dolaze sa dodatnom složenošću sistema i troškovima.

Slika 1: Gausovi snopovi troše energiju i kroz suvišnu energiju veću od praga potrebnog za primjenu i energiju nižu od praga u vanjskim dijelovima Gausove zrake. Cilindar/ravne gornje grede su efikasnije u tome što premašuju prag dok minimiziraju gubitak energije.

 

 

Gaussove grede
Visokokvalitetni monomodni laseri proizvode Gausovu raspodjelu zračenja niskog reda, TEM00 mod. Gausov snop sa istom prosječnom optičkom snagom kao cilindar/laserski snop sa ravnim vrhom ima dvostruko veću vršnu gustinu energije od cilindra/laserskog snopa sa ravnim vrhom (slika 2). Gausov snop ostaje konstantan pod transformacijom; stoga, kako se snop širi kroz sistem, profil snopa ostaje gausovski raspoređen čak i ako se veličina zraka promijeni. To je zato što je Furijeova transformacija Gaussove funkcije druga Gausova funkcija. Svjetlost prolazi kroz Furierovu transformaciju širenjem u beskonačnost ili fokusiranjem kroz savršeno sočivo. Da saznate više o laserskim načinima rada kao što je TEM00, posjetite našu bilješku o aplikaciji načina rada laserskog rezonatora.

Slika 2: Gausov i ravni gornji snop pri istoj optičkoj snazi, koji pokazuje da je vršni intenzitet Gaussovog snopa dvostruko veći od snopa ravnog gornjeg snopa.

Gaussovi laseri su češći i isplativiji od drugih lasera, ali imaju nekoliko nedostataka, kao što su njihova "krila" ili područja niskog intenziteta koja se protežu od upotrebljivog centra zraka. Ako je intenzitet krila Gaussovog snopa ispod praga potrebnog za primjenu, to obično rezultira gubitkom energije (slika 1). Oni također uzrokuju oštećenje okolnog područja i proširuju zonu zahvaćenu toplinom, što može biti štetno za primjene kao što su laserska hirurgija i precizna obrada materijala. Rezanje ili oblikovanje finih karakteristika s Gaussovom gredom rezultira manjom preciznošću nego s cilindrom/ravnom gornjom gredom zbog veće zone utjecaja topline na gredu, što čini cilindrične/ravne gornje grede boljim izborom za takve primjene.

 

 

Top Hat/Flat Top Beams

Jedan od načina da se procijeni koliko je prava greda bliska idealnoj ravnoj gornjoj gredi je faktor ravnosti (F_η). Ovo se određuje dijeljenjem prosječne vrijednosti ozračenosti sa maksimalnom vrijednošću ozračenosti kako je opisano.

 

Fη=Prosječno ozračivanje/maksimalno ozračivanje

 

Odsustvo krila i strmiji prijelazi ivica kod cilindričnih/ravnih gornjih greda omogućavaju efikasniji prijenos energije i smanjenu zonu pod utjecajem topline. Ovo je korisno za širok spektar primjena gdje je prioritet visoka preciznost i minimiziranje oštećenja okolnog područja. U metrološkim aplikacijama kao što je testiranje praga oštećenja izazvanog laserom (LIDT), ujednačen i dobro definisan profil cilindra/ravne gornje zrake smanjuje mjernu nesigurnost i statističku varijansu.

 

Top hat/flat top snop nisu toliko isplativi kao Gaussovi snopovi jer je potrebna dodatna komponenta za oblikovanje zraka da bi se laserski izlaz pretvorio u cilindar/ravni snop (slika 3). Ova komponenta za oblikovanje zraka može se ugraditi u laserski izvor ili postaviti izvan lasera. Ovi dodatni uređaji za oblikovanje zraka osjetljivi su na xy poravnanje i ovise o promjeru ulaznog snopa. Laserski snop sa cilindarom/ravnim vrhom ne ostaje konstantan pod transformacijom. Stoga, profil snopa upadnog cilindra/ravne gornje grede nije prirodno očuvan dok se snop širi. Fourierova transformacija funkcije cilindra/ravnog vrha je funkcija Airy spota, što znači da će cilindar/ravna gornja zraka na kraju evoluirati u Airy spot.

Slika 3: Animacija profila grede koji pretvara između Gaussove distribucije i distribucije ravnog vrha.

 

 

Upotreba laserskih zraka visokog/ravnog šešira nudi niz prednosti za razne industrijske i naučne primjene. Sa svojom ujednačenom distribucijom energije i sposobnošću smanjenja termičkog sočiva i veličine tačke, ova vrsta zraka može pomoći u poboljšanju preciznosti, konzistentnosti i djelotvornosti mnogih različitih laserskih procesa.

 

SDQY Laser je tvornica mašina za lasersko čišćenje tehničke snage. Imamo profesionalni tim za istraživanje i razvoj koji kupcima pruža visokokvalitetnu opremu za lasersko čišćenje visokih performansi, uključujući 200w, 300w, 500w top-hat/flat-top grede i 100w 200w 300w 1000w Gaussian beam laser za čišćenje. Istovremeno, možemo ponuditi i prilagođena rješenja za automatsko lasersko čišćenje prema potrebama kupaca kako bismo zadovoljili različite potrebe kupaca.

U budućem razvoju, nastavićemo da podržavamo princip „kvalitet na prvom mestu, usluga na prvom mestu“, kontinuirano poboljšavamo kvalitet proizvoda i usluga i pružamo kupcima bolja rešenja za lasersko čišćenje. Dobrodošli kupci iz svih sfera života da nas kontaktiraju i zajedno kreiramo bolju budućnost!