雷射光學元件挑選
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雷射光學元件挑選

抗反射塗層選擇

AR Coating針對特定的波長範圍優化,因此可以使雷射具有較高的穿透率於特定的波長範圍,並且減少透鏡中能量的吸收。

以下鍍膜曲線顯示每個表面的標準反射率測量值。 如果通過一個完整的透鏡,則必須將特定波長的反射值乘以兩倍(每個元件有兩個表面),然後再減去100%。鏡頭元件的數量可以在數據表中找到。

 

資料來源Sill Optics

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吸收和熱焦點偏移

材料問題

隨著雷射功率增加,一般的光學玻璃就可承受的熱效應而言,已經達到極限值,雷射光束穿透光學玻璃,部分光束能量被吸收到材料中,導致材料被加熱。

其中有兩個主要因素會影響光學性能。 第一,材料受熱改變了玻璃的折射率,第二,熱膨脹導致表面曲率的變化,從而改變了激光束的折射率。

光學玻璃應用在1064 nm,50 W的雷射平均功率開始,會產生焦點位置偏移導致品質下降。

 

材料的解決方案

使用熔融石英作為鏡片元件材料。它是電阻率很高的玻璃,與光學玻璃相比,吸收係數也很低。因此,通常用於減低熱效應影響。 也可使用特殊的低吸收塗層來進一步降低熱效應並提高損傷閾值。

 

其他影響

光學元件的清潔對於功率吸收所產生的熱效應也至關重要。 任何較大的灰塵顆粒(例如指紋)都是雷射輻射的良好吸收劑。 長時間產生的落塵也會將微粒或其他污染物帶到鏡片表面。 這些是人眼看不到的,但可以測量的到的。

能量吸收隨著清潔間隔時間的延長而增加。 鏡頭清潔後將吸收值重置為原始狀態。 因此,建議定期清潔暴露在環境中的透鏡表面。 內部透鏡元件則無此問題不需清潔!

 

工作距離

工作距離定義為從鏡頭的機械邊緣到物鏡的焦平面的距離。 注意不要將其與物鏡的有效焦距(EFL)混淆。 EFL定義從主平面到光學系統的焦平面,該主平面是一個假設平面。

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衍射值M²

雷射聚焦能力由ISO標準11146定義,並由衍射值M²描述。 該參數定義為雷射光束的發散角與理想高斯光束的發散角之比。 理想的高斯光束將提供最小的聚焦直徑,並且M²值為1。

有時,雷射光束的品質也由參數K表示,該參數是M²的倒數。 光纖雷射的光束品質通常由光束參數乘積(BPP)定義。 該值由衍射值M 2與波長λ除以π的乘積導出。在有關光斑尺寸的所有陳述中,假定M²值為1。將光斑直徑乘以實際的激光M²值即可得出光斑的實際直徑。

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光束直徑

光束直徑是指光束強度下降到1 /e²點的強度, 即強度下降到峰值強度的13.5%的點。如果在該點切割光束直徑,則將損失總強度的13.5%。

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切趾係數APO

與入射光瞳相比,通過透鏡傳輸後的光束形狀和聚焦光斑大小在很大程度上取決於其入射輪廓。通常用截斷率T來描述,截斷率T是入射光束直徑d L 除以通光孔徑d EP

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為了估計衍射極限透鏡的光斑尺寸,需要一個切趾係數(APO),該係數取決於截斷比T(請參見下圖)。 包括在極限表面上的強度分佈,這對於衍射效應起著重要作用。

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光斑尺寸(1 /e²)

最小可調焦斑尺寸是由雷射的波長乘以掃描透鏡的焦距,APO係數和雷射的衍射參數M²除以1 /e²光束直徑d L得出的。

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