01 Вступ
В даний час розроблено різні типи систем доставки променя, які, по суті, направляють промінь від джерела світла до області застосування. У більшості випадків джерелом світла використовується певний тип лазера, наприклад, під час лазерної обробки матеріалів необхідно направляти вихід промислового лазера на заготовку, щоб вона була піддана лазерному впливу. У промисловій обробці системи доставки променя зазвичай використовуються в поєднанні з роботизованими технологіями. Як правило, лазерна обробна головка роботизованої руки подається від стаціонарного лазера. Інший підхід полягає в тому, щоб встановити досить компактний і міцний лазер безпосередньо на руку робота, щоб мінімізувати необхідну довжину шляху променя та максимізувати мобільність. Перевага систем доставки променя полягає в тому, що вони дозволяють розміщувати лазерне джерело в захищеній і легкій в обслуговуванні зоні, а не поблизу області застосування. Крім того, рухливі системи доставки також дозволяють переміщати лазерний промінь на великій площі без переміщення самого важкого лазера. Однак для систем доставки довгого променя також можуть бути деякі недоліки, такі як втрата оптичної потужності, обмеження через нелінійні ефекти або проблеми розширення імпульсу (для ультракоротких імпульсів).
02Free-Система передачі космічного променя
Вільний{0}}вихідний промінь лазера можна направляти за допомогою дзеркал. Якщо використовуються високоякісні діелектричні дзеркала-з високим-коефіцієнтом відбиття, можна працювати з надзвичайно високими рівнями оптичної потужності. Навіть якщо потрібно кілька дзеркал, швидкість їх передачі (відсоток вихідної потужності до вхідної) може бути дуже близькою до 100%. Діелектричні дзеркала ефективні лише в обмеженому діапазоні довжин хвиль. Тому таке обладнання зазвичай виготовляється для конкретних типів лазерів, придатних для лазерів Nd:YAG та Yb:YAG на довжинах хвиль 1064 нм і 1030 нм, але не працює на довжинах хвиль 1500 нм або 2000 нм. Проте на ринку доступні дзеркала для широкого діапазону довжин хвиль: від ультрафіолетового (наприклад, ексимерні лазери) до видимого діапазону (наприклад, Yb:YAG-лазери-подвоєної частоти) та інфрачервоного діапазону (наприклад, CO2-лазери). Найпростіша система передачі променя має фіксований шлях променя, наприклад, включає лише одне або два відхилення на 90 градусів для направлення початково горизонтального променя вниз до заготовки. Весь шлях променя укладено в герметичну систему трубопроводів, на кінці якої розташована головка обробки лазера. Шлях можна змінити шляхом заміни ущільнювальних елементів, але не можна змінити під час експлуатації.
Класичним-рішенням для передачі променя у вільному просторі є шарнірна дзеркальна рукоятка, де рухливий шлях світла досягається завдяки дзеркалам, вбудованим у шарнірну відбиваючу раму. Конструкція шарніра забезпечує рух лише тоді, коли прикладається мінімальний крутний момент; в іншому випадку він залишається на місці. Вага компонентів може бути компенсована за допомогою противаг, пружин або інших засобів, що полегшує регулювання положення. Щоб досягти плавного руху та стабільного положення променя, уникаючи таких проблем, як дрейф і вібрація, використовувані оптико-механічні пристрої повинні бути високоточними. Наприкінці оптичної системи передачі променя зазвичай підключається оптичний пристрій, наприклад гарнітура, фіксована лазерна головка обробки або скануюча головка. Зазвичай промінь фокусується на зоні нанесення, а в інших випадках він освітлює більшу область цілі.
03 Система передачі волоконно-оптичних променів Оптоволоконна передача — це дуже гнучкий метод доставки лазерних променів. Як правило, волокна, які використовуються для передачі лазера, інкапсульовані в захисні оптичні кабелі, які включають зовнішню оболонку для захисту крихких волокон, а також можуть інтегрувати додаткові функції, такі як вбудована-система моніторингу кабелю, яка може виявити витік лазера через випадкове пошкодження волокна в реальному часі. Кварцове волокно, як найпоширеніше оптичне скляне волокно, може передавати світлову енергію з дуже низькими втратами передачі в певному діапазоні довжин хвиль, з відстанями передачі в кілька метрів або навіть більше. Його діапазон довжин хвиль охоплює ближню-інфрачервону область, де працюють більшість промислових лазерів. Однак обмеження цього матеріалу також очевидні. У -пристроях із високою потужністю кварцові волокна мають обмежені можливості передачі в ультрафіолетовому діапазоні (наприклад, ексимерні лазери) та далекому-інфрачервоному діапазоні. Типовим прикладом є те, що для CO₂-лазера з довжиною хвилі 10600 нм наразі майже немає зрілих волокон, здатних ефективно передавати-промінь його високої потужності, і шарнірні плечі є поширеним рішенням у цій галузі. Чим вища оптична потужність, що передається, тим більшим має бути діаметр серцевини волокна. Частково це зроблено для того, щоб зменшити щільність потужності всередині сердечника, щоб запобігти пошкодженню, а частково для відповідності продукту параметрів більшого променя (BPP), який зазвичай пов’язаний із високо-потужними лазерними джерелами. Для ефективного підключення лазера до волокна волокну потрібна досить велика числова апертура (NA), яка визначається різницею показників заломлення між серцевиною та оболонкою. Поєднання великого діаметра серцевини та високої NA призводить до великої кількості спрямованих мод, що робить поширення променя всередині волокна надзвичайно складним. Навіть якщо загальні оптичні втрати невеликі, перерозподіл енергії між різними режимами часто призводить до зниження яскравості променя, що зазвичай називають зниженням якості променя. Оптоволоконні виходи зазвичай оснащені додатковими оптичними елементами, такими як головки обробки або скануючі головки. По суті, ця головка визначає положення та напрямок променя, і просте переміщення оптоволоконного кабелю мало впливає на характеристики променя. Однак згинання волокна легко викликає зв’язок мод, який змінює розподіл потужності між модами волокна, впливаючи як на розбіжність променя від волокна, так і на «центроїд» розподілу інтенсивності на виході волокна, що потенційно може призвести до відповідного зниження якості вихідного променя.
