Lensa laser optik: jenis, aplikasi, dan prinsip kerja

Lensa laser optik Mainkan peran penting dalam berbagai sistem berbasis laser. Mereka dirancang untuk memanipulasi balok laser, apakah itu fokus, mengumpulkan, atau membentuknya untuk aplikasi tertentu. Sifat unik dari lensa ini, seperti presisi tinggi dan kemampuan untuk menangani balok laser energi tinggi, menjadikannya komponen penting dalam teknologi modern.

Jenis Lensa Laser Optik

Lensa bola

Karakteristik: Lensa bola ditandai dengan kekuatan bias mereka dan kelengkungan permukaan lensa mereka. Bergantung pada apakah lensa cembung atau cekung, mereka dapat menyatu atau menyimpang sinar. Misalnya, lensa bola plano - cembung lebih tebal di tengah dan dapat memfokuskan sinar laser yang dikolimasi ke suatu titik.

Aplikasi: Mereka umumnya digunakan dalam aplikasi pemfokusan laser dasar, seperti dalam sistem pemotongan atau penandaan laser sederhana di mana diperlukan fokus yang relatif mendasar dari balok laser.

Lensa aspherical

Karakteristik: Lensa aspherical dirancang untuk memperbaiki penyimpangan. Dalam cahaya monokromatik, mereka dapat mengatasi masalah seperti kesalahan ketajaman gambar dan distorsi. Mereka sering digunakan ketika fokus yang lebih tepat dari balok laser diperlukan, karena mereka dapat mengurangi penyimpangan bola secara signifikan dibandingkan dengan lensa bola.

Aplikasi: Aplikasi yang khas adalah pemfokusan balok yang dikolimasi pada serat optik. Dalam sistem komunikasi serat - optik, lensa aspherical membantu dalam menggabungkan cahaya laser secara efisien ke dalam serat, memastikan hilangnya sinyal minimal.

Lensa silinder
​
Karakteristik: Lensa silinder, tersedia dalam bentuk bundar dan persegi panjang, dirancang untuk membuat garis atau ekspansi balok dalam satu arah. Plano - Cekung dan Plano - Lensa silinder cembung dapat mengubah bentuk balok laser. Misalnya, lensa silinder cembung plano dapat mengubah balok laser melingkar menjadi balok berbentuk garis.

Aplikasi: Mereka banyak digunakan dalam aplikasi di mana balok laser berbentuk garis diperlukan, seperti dalam pemindaian laser untuk pembaca barcode atau dalam beberapa teknik pemrosesan material di mana balok laser yang panjang dan sempit diperlukan untuk memotong atau mengukir ke arah tertentu.

Lensa Axicon

Karakteristik: Lensa Axicon, juga dikenal sebagai lensa kerucut atau prisma simetris rotasi, memiliki permukaan kerucut, bukan yang melengkung seperti lensa tradisional. Lensa aksicon khas memiliki bentuk cembung plano. Mereka digunakan untuk mengubah sinar laser yang dikolimasi menjadi tempat berbentuk cincin atau garis fokus.

Aplikasi: Dalam beberapa aplikasi medis, seperti dalam jenis tertentu dari prosedur bedah berbasis laser, lensa aksicon dapat digunakan untuk membuat pola pengiriman energi laser tertentu. Mereka juga digunakan dalam beberapa pengaturan penelitian ilmiah untuk menciptakan pola cahaya yang unik.

Lensa Powell

Karakteristik: Lensa Powell adalah lensa khusus yang digunakan untuk mengubah balok laser kolimasi dengan distribusi intensitas Gaussian menjadi garis lurus dan seragam. Dibandingkan dengan lensa silinder standar, yang menghasilkan garis balok laser dengan profil intensitas Gaussian, lensa Powell menghasilkan garis laser dengan distribusi energi yang jauh lebih seragam di seluruh garis laser.

Aplikasi: Mereka sering digunakan dalam aplikasi industri seperti dimensi laser, di mana balok laser berbentuk garis yang sangat seragam diperlukan untuk pengukuran yang akurat.

Prinsip Kerja Lensa Laser Optik

Fokus dan kolimasi

Fokus: Ketika balok laser melewati lensa fokus, seperti lensa cembung plano, lensa menekuk sinar cahaya menuju titik fokus. Panjang fokus lensa ditentukan oleh faktor -faktor seperti ukuran sinar laser input, ukuran spot yang diinginkan, dan kedalaman fokus yang diperlukan. Misalnya, dalam mesin pemotong laser, lensa fokus digunakan untuk memusatkan sinar laser ke titik kecil, meningkatkan kepadatan energi pada saat itu untuk secara efektif memotong material.

Collimating: Lensa collimating, di sisi lain, digunakan untuk mengubah balok laser yang menyimpang dari sumber menjadi balok paralel atau kolimasi. Panjang fokus lensa kolimasi dapat ditentukan berdasarkan sudut divergensi laser (FWHM - lebar penuh dengan setengah maksimum) dan diameter balok laser yang diperlukan. Dalam pointer laser, lensa collimating digunakan untuk membuat balok laser berjalan dalam garis lurus dengan jarak yang lebih panjang.

Pembentukan balok

Generasi Garis: Lensa generator garis laser, seperti lensa Powell atau lensa silinder, digunakan untuk mengubah balok laser yang dikolimasi menjadi garis. Proses ini melibatkan menekuk sinar laser dalam satu arah untuk membuat output berbentuk garis. Misalnya, dalam alat leveling berbasis laser, lensa generator garis digunakan untuk memproyeksikan garis laser lurus ke permukaan, yang dapat digunakan untuk keperluan penyelarasan.

Generasi cincin: Lensa Axicon digunakan untuk menghasilkan sinar laser berbentuk cincin. Permukaan kerucut lensa aksikon menyebabkan sinar laser diarahkan dengan cara yang membentuk pola berbentuk cincin pada jarak tertentu dari lensa. Ini dapat berguna dalam aplikasi di mana distribusi energi laser berbentuk cincin diperlukan, seperti dalam beberapa percobaan perangkap optik dalam fisika.

Aplikasi lensa laser optik

Pemrosesan materi

Memotong dan mengelas: Dalam aplikasi pemotongan laser dan pengelasan, lensa laser optik digunakan untuk memfokuskan balok laser ke tempat kepadatan energi tinggi. Lensa laser daya tinggi, sering terbuat dari bahan seperti seng selenide (ZnSe) untuk laser co₂, mampu menahan tingkat energi yang tinggi. Misalnya, dalam industri otomotif, lensa laser digunakan untuk memotong dan mengelas bagian logam dengan presisi tinggi.

Menandai dan ukiran: Sistem penandaan dan ukiran laser menggunakan lensa untuk memfokuskan sinar laser ke permukaan material. Lensa memungkinkan kontrol energi laser yang tepat di permukaan, yang digunakan untuk membuat tanda atau ukiran. Berbagai jenis lensa dapat digunakan tergantung pada bahan yang ditandai dan kualitas tanda yang diinginkan.

Aplikasi medis

Operasi: Dalam prosedur bedah yang dibantu laser, lensa laser optik digunakan untuk mengarahkan dan memfokuskan sinar laser secara tepat. Misalnya, dalam operasi mata, lensa digunakan untuk memfokuskan sinar laser untuk memperbaiki masalah penglihatan. Lensa harus berkualitas tinggi untuk memastikan pengiriman energi laser yang akurat ke jaringan target.

Diagnostik: Dalam beberapa peralatan diagnostik medis, lensa laser digunakan untuk mengarahkan lampu laser ke sampel biologis. Lampu yang dipantulkan atau ditransmisikan kemudian dapat dianalisis untuk mendapatkan informasi tentang sampel. Misalnya, dalam teknik diagnostik berbasis fluoresensi, lensa digunakan untuk memfokuskan cahaya laser eksitasi pada sampel dan mengumpulkan lampu neon yang dipancarkan.

Penelitian Ilmiah

Perangkap Optik: Dalam percobaan perangkap optik, lensa aksicon dan lensa khusus lainnya digunakan untuk membuat pola sinar laser yang unik. Pola -pola ini dapat digunakan untuk menjebak dan memanipulasi partikel kecil, seperti sel atau nanopartikel, untuk mempelajari sifatnya.

Spektroskopi: Lensa laser digunakan dalam pengaturan spektroskopi untuk mengarahkan sinar laser ke sampel dan mengumpulkan cahaya yang dipancarkan atau diserap oleh sampel. Berbagai jenis lensa digunakan tergantung pada teknik spektroskopi spesifik, seperti spektroskopi Raman atau spektroskopi penyerapan.

Memilih lensa laser optik yang tepat

Saat memilih lensa laser optik, beberapa faktor perlu dipertimbangkan:

Kompatibilitas panjang gelombang

Laser yang berbeda beroperasi pada panjang gelombang yang berbeda. Sebagai contoh, laser CO₂ biasanya beroperasi pada 10,6 μm, sedangkan laser ND: YAG beroperasi pada 1,064 μm. Bahan lensa dan lapisan harus kompatibel dengan panjang gelombang laser. Misalnya, lensa yang terbuat dari seng selenide (Znse) cocok untuk laser CO₂, sementara lensa yang terbuat dari silika yang menyatu sering digunakan untuk laser yang terlihat dan dekat - inframerah.

Kekuatan dan Energi Laser

Laser Tinggi - Daya membutuhkan lensa yang dapat menahan tingkat energi tinggi tanpa kerusakan. Bahan lensa dan lapisan harus memiliki ambang kerusakan laser tinggi. Dalam aplikasi pemotongan laser daya tinggi, lensa dengan ambang kerusakan tinggi sangat penting untuk memastikan operasi jangka panjang dan andal.

Aplikasi - Persyaratan Spesifik

Bergantung pada aplikasi, seperti fokus, kolimasi, atau pembentukan balok, jenis lensa yang sesuai perlu dipilih. Misalnya, jika balok laser berbentuk garis diperlukan untuk aplikasi survei, lensa silindris atau Powell akan menjadi pilihan yang tepat.

Perbandingan lensa laser optik yang berbeda

Kesimpulan

Lensa laser optik adalah komponen penting dalam berbagai aplikasi, dari pemrosesan material hingga penelitian medis dan ilmiah. Berbagai jenis lensa, masing -masing dengan karakteristik dan prinsip kerja yang unik, menawarkan berbagai cara untuk memanipulasi balok laser. Dengan mempertimbangkan faktor -faktor seperti kompatibilitas panjang gelombang, daya laser, dan aplikasi - persyaratan spesifik, lensa laser optik yang tepat dapat dipilih untuk memastikan kinerja yang optimal dalam sistem berbasis laser apa pun. Saat teknologi terus maju, desain dan kinerja lensa laser optik juga cenderung membaik, memungkinkan aplikasi laser yang lebih tepat dan efisien di masa depan.