광 레이저 렌즈 : 유형, 응용 프로그램 및 작업 원리

광학 레이저 ​​렌즈 다양한 레이저 기반 시스템에서 중추적 인 역할을합니다. 그들은 레이저 빔을 초점을 맞추거나, 콜리화하거나, 특정 응용 프로그램을 위해이를 형성하도록 설계되었습니다. 높은 정밀도 및 고 에너지 레이저 빔을 처리하는 기능과 같은 이러한 렌즈의 고유 한 특성은 현대 기술에 필수적인 구성 요소를 만듭니다.

광학 레이저 ​​렌즈의 유형

구형 렌즈

형질: 구형 렌즈는 굴절력과 렌즈 표면의 곡률을 특징으로합니다. 렌즈가 볼록한지 오목하는지 여부에 따라 광선을 수렴하거나 분기 할 수 있습니다. 예를 들어, 평면 - 볼록 구형 렌즈는 중앙에서 더 두껍고 시합 된 레이저 빔을 한 지점에 초점을 맞출 수 있습니다.

응용 프로그램 : 이들은 레이저 빔의 비교적 기본 초점이 필요한 간단한 레이저 절단 또는 마킹 시스템과 같은 기본 레이저 포커싱 응용 프로그램에서 일반적으로 사용됩니다.

비구 렌즈

형질: 비구 렌즈는 수차를 교정하도록 설계되었습니다. 단색 조명에서는 이미지 선명도 오류 및 왜곡과 같은 문제를 해결할 수 있습니다. 구형 렌즈에 비해 구형 수차를 크게 줄일 수 있기 때문에 레이저 빔의보다 정확한 초점이 필요할 때 종종 사용됩니다.

응용 프로그램 : 전형적인 적용은 광섬유에 시합 된 빔의 초점을 맞추는 것입니다. 광섬유 통신 시스템에서, Aspherical 렌즈는 레이저 라이트를 섬유에 효율적으로 커플 링하여 신호 손실을 최소화하는 데 도움이됩니다.

원통형 렌즈
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형질: 원형 및 직사각형 형태로 제공되는 원통형 렌즈는 한 방향으로 선 또는 빔 확장을 생성하도록 설계되었습니다. Plano- 오목하고 Plano- 볼록한 원통형 렌즈는 레이저 빔의 모양을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, Plano -Convex 원통형 렌즈는 원형 레이저 빔을 라인 모양의 빔으로 변형시킬 수 있습니다.

응용 프로그램 : 이들은 바코드 리더를위한 레이저 스캐닝 또는 특정 방향으로 절단 또는 조각을 위해 길고 좁은 레이저 빔이 필요한 일부 재료 처리 기술과 같은 라인 모양의 레이저 빔이 필요한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

Axicon 렌즈

형질: 원추형 렌즈 또는 회전식 대칭 프리즘으로도 알려진 Axicon 렌즈는 전통적인 렌즈와 같은 곡선 표면 대신 원추형 표면을 가지고 있습니다. 전형적인 axicon 렌즈에는 평면 - 볼록 모양이 있습니다. 시준 레이저 빔을 링 모양의 지점 또는 초점 선으로 변환하는 데 사용됩니다.

응용 프로그램 : 특정 유형의 레이저 - 기반 외과 적 절차와 같은 일부 의료 응용 분야에서 Axicon 렌즈를 사용하여 특정 패턴의 레이저 에너지 전달을 만들 수 있습니다. 또한 독특한 빛 패턴을 만들기 위해 일부 과학적 연구 설정에 사용됩니다.

파월 렌즈

형질: Powell 렌즈는 가우스 강도 분포로 시준 레이저 빔을 변환하는 데 사용되는 특수 렌즈입니다. 가우시안 강도 프로파일을 갖는 레이저 빔 라인을 생성하는 표준 원통형 렌즈와 비교하여 Powell 렌즈는 레이저 라인에 훨씬 더 균일 한 에너지 분포를 갖는 레이저 라인을 생성합니다.

응용 프로그램 : 이들은 종종 레이저 치수와 같은 산업 응용 분야에서 사용되며, 정확한 측정을 위해서는 균일 한 라인 모양의 레이저 빔이 필요합니다.

광학 레이저 ​​렌즈의 작동 원리

집중하고 시화

초점 : 레이저 빔이 Plano -Convex Lens와 같은 포커싱 렌즈를 통과하면 렌즈는 광선을 초점을 향해 구부립니다. 렌즈의 초점 길이는 입력 레이저 빔 크기, 원하는 지점 크기 및 필요한 초점 깊이와 같은 요소에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 레이저 절단 기계에서 포커싱 렌즈는 레이저 빔을 작은 지점으로 농축하는 데 사용되어 해당 시점의 에너지 밀도를 증가시켜 재료를 효과적으로 절단합니다.

시준 : 반면에, 콜리 미팅 렌즈는 소스에서 분기 레이저 빔을 평행 또는 시합 된 빔으로 변환하는 데 사용됩니다. 콜리 미팅 렌즈의 초점 길이는 레이저 발산 각도 (FWHM- 최대 절반의 최대 너비) 및 필요한 레이저 빔 직경에 따라 결정될 수 있습니다. 레이저 포인터에서, 콜리 미팅 렌즈는 레이저 빔이 더 먼 거리에 걸쳐 직선으로 이동하도록하는 데 사용됩니다.

빔 모양

라인 생성 : Powell 렌즈 또는 원통형 렌즈와 같은 레이저 라인 발전기 렌즈는 시합 된 레이저 빔을 라인으로 변환하는 데 사용됩니다. 프로세스에는 레이저 빔을 한 방향으로 구부려 라인 모양의 출력을 생성하는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 레이저 기반 레벨링 도구에서 라인 - 발전기 렌즈는 정렬 목적으로 사용될 수있는 표면에 직선 레이저 라인을 투사하는 데 사용됩니다.

링 생성 : Axicon 렌즈는 고리 모양의 레이저 빔을 생성하는 데 사용됩니다. Axicon 렌즈의 원추형 표면은 렌즈로부터 특정 거리에서 고리 모양의 패턴을 형성하는 방식으로 레이저 빔을 리디렉션하게 만듭니다. 이것은 물리학의 일부 광학 트래핑 실험과 같이 고리 모양의 레이저 에너지 분포가 필요한 응용 분야에서 유용 할 수 있습니다.

광학 레이저 ​​렌즈의 응용

재료 처리

절단 및 용접 : 레이저 절단 및 용접 애플리케이션에서 광학 레이저 ​​렌즈는 레이저 빔을 높은 에너지 밀도 지점에 초점을 맞추는 데 사용됩니다. Cox 레이저를위한 아연 셀레 나이드 (ZnSE)와 같은 재료로 만들어진 고급 전력 레이저 렌즈는 고 에너지 수준을 견딜 수 있습니다. 예를 들어, 자동차 산업에서 레이저 렌즈는 정밀도로 금속 부품을 자르고 용접하는 데 사용됩니다.

마킹 및 조각 : 레이저 표시 및 조각 시스템은 렌즈를 사용하여 레이저 빔을 재료 표면에 초점을 맞 춥니 다. 렌즈는 표면에서 레이저 에너지를 정확하게 제어 할 수 있으며, 이는 자국이나 조각을 생성하는 데 사용됩니다. 마킹되는 재료와 원하는 마크 품질에 따라 다양한 유형의 렌즈를 사용할 수 있습니다.

의료 응용 프로그램

수술: 레이저 - 보조 수술 절차에서 광학 레이저 ​​렌즈는 레이저 빔을 정확하게 지시하고 집중시키는 데 사용됩니다. 예를 들어, 안과 수술에서 렌즈는 레이저 빔에 초점을 맞추기 위해 시력 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 대상 조직에 레이저 에너지를 정확하게 전달하기 위해 렌즈는 고품질이어야합니다.

진단 : 일부 의료 진단 장비에서 레이저 렌즈는 레이저 빛을 생물학적 샘플로 안내하는 데 사용됩니다. 반사 또는 전송 된 빛을 분석하여 샘플에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 형광 - 기반 진단 기술에서 렌즈는 여기 레이저 라이트를 샘플에 초점을 맞추고 방출 된 형광등을 수집하는 데 사용됩니다.

과학적 연구

광학 트래핑 : 광학 트래핑 실험에서 Axicon 렌즈 및 기타 특수 렌즈는 고유 한 레이저 빔 패턴을 만드는 데 사용됩니다. 이러한 패턴은 특성을 연구하기 위해 세포 또는 나노 입자와 같은 작은 입자를 포획하고 조작하는 데 사용될 수 있습니다.

분광학 : 레이저 렌즈는 분광법 설정에 사용하여 레이저 빔을 샘플로 지시하고 샘플에 의해 방출되거나 흡수 된 빛을 수집합니다. 라만 분광법 또는 흡수 분광법과 같은 특정 분광 기술에 따라 다양한 유형의 렌즈가 사용됩니다.

오른쪽 광학 레이저 ​​렌즈 선택

광학 레이저 ​​렌즈를 선택할 때 몇 가지 요소를 고려해야합니다.

파장 호환성

다른 레이저는 다른 파장에서 작동합니다. 예를 들어, Coas 레이저는 일반적으로 10.6 μm에서 작동하는 반면 ND : YAG 레이저는 1.064 μm에서 작동합니다. 렌즈 재료 및 코팅은 레이저 파장과 호환되어야합니다. 예를 들어, 아연 셀레 나이드 (ZnSE)로 만든 렌즈는 코 ₂ 레이저에 적합한 반면, 융합 실리카로 만든 렌즈는 종종 가시 및 근처의 적외선 레이저에 사용됩니다.

레이저 전력과 에너지

고성능 레이저는 손상없이 높은 에너지 레벨을 견딜 수있는 렌즈가 필요합니다. 렌즈 재료 및 코팅의 레이저 손상 임계 값이 높아야합니다. 고도로 파워 레이저 절단 응용 프로그램에서는 장기적이고 안정적인 작동을 보장하기 위해 손상 임계 값이 높은 렌즈가 필수적입니다.

응용 프로그램 - 특정 요구 사항

초점, 콜리 미팅 또는 빔 성형과 같은 응용 프로그램에 따라 적절한 렌즈 유형을 선택해야합니다. 예를 들어, 측량 응용 프로그램에 라인 모양의 레이저 빔이 필요한 경우 원통형 또는 파월 렌즈가 올바른 선택이됩니다.

다른 광학 레이저 ​​렌즈 비교

결론

광학 레이저 ​​렌즈는 재료 처리에서 의료 및 과학 연구에 이르기까지 광범위한 응용 분야의 필수 구성 요소입니다. 고유 한 특성과 작업 원리를 가진 다양한 유형의 렌즈는 레이저 빔을 조작하는 다양한 방법을 제공합니다. 파장 호환성, 레이저 전력 및 응용 프로그램 - 특정 요구 사항과 같은 요인을 신중하게 고려함으로써 올바른 광학 레이저 ​​렌즈를 선택하여 모든 레이저 기반 시스템에서 최적의 성능을 보장 할 수 있습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 광 레이저 렌즈의 설계 및 성능도 향상 될 가능성이 높아져 향후 훨씬 더 정확하고 효율적인 레이저 애플리케이션을 가능하게합니다.