למה להשתמש בכובע עליון/קרן לייזר שטוחה?
Jul 24, 2023
רוב קרני הלייזר הן גאוסיות, אך במקרים מסוימים עשוי להיות מועיל להיות בעל פרופיל קרינה לא גאוסי. התפלגות הקרינה הסימטרית של קרן גאוס פוחתת ככל שהמרחק ממרכז חתך קרן הלייזר גדל. לקורות שטוחות או כובע עליון יש התפלגות קרינה קבועה על פני החתך של קרן הלייזר (איור 1). יישומים מסוימים הנהנים מעוצמה קבועה על פני שטח נתון כוללים עיבוד של פרוסות מוליכים למחצה, המרת תדר לא ליניארי ברמות הספק גבוהות ועיבוד חומרים. קורות שטוחות עליון מייצרות בדרך כלל תוצאות מדויקות וצפויות יותר, כגון חיתוכים חדים וקצוות חדים יותר, מאשר קורות גאוסיות, אך הן מגיעות עם מורכבות ועלות נוספת של המערכת.
איור 1: קורות גאוס מבזבזות אנרגיה הן באמצעות אנרגיה מיותרת הגבוהה מהסף הנדרש ליישום והן אנרגיה נמוכה מהסף בחלקים החיצוניים של קרן גאוס. קורות כובע עליון/עליון שטוח יעילות יותר בכך שהן עולות את הסף תוך מזעור בזבוז אנרגיה.
קורות גאוסיות
לייזרים עם מצב יחיד באיכות גבוהה מייצרים התפלגות קרינה גאוסית מסדר נמוך, מצב TEM00. קרן גאוס בעלת אותו כוח אופטי ממוצע כמו כובע עליון/קרן לייזר עליונה שטוחה יש פי שניים את צפיפות האנרגיה שיא של כובע עליון/קרן לייזר עליון שטוח (איור 2). קרן גאוס נשארת קבועה תחת טרנספורמציה; לכן, כשהקרן מתפשטת דרך המערכת, פרופיל האלומה נשאר מפוזר גאוסי גם אם גודל האלומה משתנה. הסיבה לכך היא שהתמרת הפורייה של פונקציה גאוסית היא פונקציה גאוסית אחרת. האור עובר טרנספורמציה פורייה על ידי התפשטות עד אינסוף או על ידי מיקוד דרך עדשה מושלמת. למידע נוסף על מצבי לייזר כגון TEM00, בקר בהערת יישום מצב תהודה לייזר שלנו.
איור 2: קרן גאוס ושטוחה באותו הספק אופטי, המציגות את שיא עוצמת הקרן הגאוסית כפולה מזו של האלומה העליונה השטוחה.
לייזרים גאוסים נפוצים וחסכוניים יותר מלייזרים אחרים, אך יש להם מספר חסרונות, כגון ה"כנפיים" שלהם או אזורים בעלי עוצמה נמוכה המשתרעים ממרכז הקרן השמיש. אם עוצמת הכנפיים של קרן גאוס היא מתחת לסף הנדרש ליישום, הדבר גורם בדרך כלל לבזבוז אנרגיה (איור 1). הם גם גורמים נזק לאזור שמסביב ומרחיבים את האזור המושפע מהחום, מה שעלול להזיק ליישומים כמו ניתוחי לייזר ועיבוד חומרים מדויקים. חיתוך או עיצוב תכונות עדינות עם קרן גאוס מביאה לדיוק פחות מאשר עם כובע עליון/קורה עליון שטוח, בשל האזור הגדול יותר המושפע מחום של הקורה, מה שהופך את הכובע העליון/קורות העליון השטוחים לבחירה טובה יותר עבור יישומים כאלה.
כובע עליון/קורות גג שטוחות
דרך אחת להעריך כמה קרובה קורה אמיתית לקורה עליונה שטוחה אידיאלית היא לפי גורם השטיחות (Fη). זה נקבע על ידי חלוקת ערך הקרינה הממוצע בערך הקרינה המקסימלית כמתואר.
Fη=קרינה ממוצעת / קרינה מרבית
היעדר כנפיים ומעברי קצה תלולים יותר בכובע העליון/קורות עליונות שטוחות מאפשר העברת אנרגיה יעילה יותר ואזור מופחת מושפע חום. זה מועיל עבור מגוון רחב של יישומים שבהם דיוק גבוה ומזעור נזקים לאזור שמסביב הם בראש סדר העדיפויות. ביישומים מטרולוגיים כגון בדיקת סף נזק המושרה בלייזר (LIDT), הפרופיל האחיד והמוגדר היטב של כובע עליון/קרן עליון שטוחה מפחית את אי הוודאות במדידה ואת השונות הסטטיסטית.
קורות כובע עליון/עליון שטוח אינן חסכוניות כמו קורות גאוסיות מכיוון שנדרש רכיב נוסף לעיצוב קרן כדי להמיר את פלט הלייזר לקרן עליון/אלומה עליונה שטוחה (איור 3). רכיב עיצוב קרן זה יכול להיות מובנה במקור הלייזר או למקם מחוץ ללייזר. מעצבי אלומה נוספים אלו רגישים ליישור xy ותלויים בקוטר אלומת הכניסה. הכובע העליון/קרן הלייזר העליונה השטוחה לא נשאר קבוע תחת טרנספורמציה. לכן, פרופיל הקורה של הכובע העליון/הקורה העליונה השטוחה אינו נשמר באופן טבעי כאשר הקורה מתפשטת. טרנספורמציה של פורייה של פונקציית הכובע העליון/העליון השטוח היא פונקציית נקודה אוורירית, כלומר הכובע העליון/קורת הגג השטוחה יתפתחו בסופו של דבר לכתם אוורירי.
איור 3: הנפשה של פרופיל אלומה הממיר בין התפלגות גאוסית להתפלגות עליונה שטוחה.
השימוש בקרני לייזר עם כובע גבוה/שטוח מציע מגוון יתרונות עבור מגוון יישומים תעשייתיים ומדעיים. עם חלוקת האנרגיה האחידה והיכולת להפחית עדשות תרמיות וגודל נקודה, סוג זה של קרן יכול לעזור לשפר את הדיוק, העקביות והיעילות של תהליכי לייזר רבים ושונים.
SDQY Laser הוא מפעל מכונות ניקוי לייזר בעל חוזק טכני. יש לנו צוות מחקר ופיתוח מקצועי כדי לספק ללקוחות ציוד ניקוי לייזר באיכות גבוהה ובעל ביצועים גבוהים, כולל 200w, 300w, 500w קרני כובע עליון/שטוחות וקורות 100w 200w 300w 1000w קרן גאוס לייזר. במקביל, אנו יכולים גם לספק פתרונות ניקוי אוטומטי בלייזר בהתאמה אישית לפי צרכי הלקוח כדי לענות על הצרכים השונים של הלקוחות.
בפיתוח העתידי נמשיך לשמור על העיקרון של "איכות תחילה, שירות קודם", לשפר באופן מתמיד את איכות המוצרים והשירותים ולספק ללקוחות פתרונות ניקוי לייזר טובים יותר. ברוכים הבאים לקוחות מכל תחומי החיים לפנות אלינו וליצור יחד עתיד טוב יותר!
