फाइबर लेजर आवेदन के लिए विकल्प
फाइबर लेज़रों ने एक प्रसंस्करण और अनुसंधान आला पाया है जहाँ एन डी: YAG लेज़र बहुत महंगे हैं या बीम के गुण हैं जो अवांछनीय हैं (जैसे बड़े एम 2 मान)। फाइबर लेज़रों के उपयोगकर्ता ऑप्टिकल घटकों की अपनी मौजूदा आपूर्ति के विनिमेयता या नए प्रकाशिकी को निर्दिष्ट करने के तरीके से चिंतित हो सकते हैं। यह लेख चिंता और हाइलाइट्स के ऐसे क्षेत्रों को संबोधित करता है जो विशेषताओं को विशेष रूप से सावधानीपूर्वक निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।
फाइबर लेज़र ड्रिलिंग, वेल्डिंग, फ़ॉइल कटिंग, लेजर मार्किंग और सटीक माइक्रो-मशीनिंग जैसे कई अनुप्रयोगों में जमीन हासिल कर रहे हैं। अनुसंधान वैज्ञानिक भी अपने छोटे पैरों के निशान और कम एम 2 मानों के कारण उन्हें बहुत उपयोगी मान रहे हैं। फाइबर लेज़रों की सफलता उनके तरंग दैर्ध्य रेंज में अन्य स्रोतों से अनुपलब्ध बीम विशेषताओं के अपने अद्वितीय संयोजन पर आधारित है: वैकल्पिक सीडब्ल्यू या स्पंदित ऑपरेशन, ध्रुवीकरण नियंत्रण (यादृच्छिक, रैखिक या परिपत्र), संकीर्ण वर्णक्रमीय बैंडविड्थ, और TEMR00 मान 1 के करीब पहुंचते हुए एन डी पर Y2 के इस तरह के सुधार के साथ: YAG पराबैंगनीकिरण, काफी उच्च शक्ति घनत्व को महसूस किया जा सकता है। अधिक कसकर केंद्रित बीम संभव हैं, जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोक्राइनिंग के लिए अंकन और बारीक कटौती के लिए तेज छवियां हैं। विनिर्माण कार्य दूरी भी बढ़ाई जा सकती है। इस प्रकार, बाजार फाइबर लेजर अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए समर्पित ऑप्टिकल घटकों में बढ़ती मांग का सामना करने की उम्मीद कर रहा है।
बीम गुणवत्ता के 1 प्रभाव
घटक चयन प्रक्रिया फाइबर लेज़रों के साथ प्राप्त उच्च शक्ति घनत्व से बहुत प्रभावित होती है। एक फाइबर लेजर की ऑप्टिकल गुहा फाइबर कोर है जिसे मोड की संख्या को कम करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, इस प्रकार निर्माताओं को व्यावसायिक रूप से M2 = 1.05 के साथ लेज़रों का उत्पादन करने की अनुमति मिलती है। एम 2 लेजर बीम के मल्टीमोड व्यास-विचलन उत्पाद का अनुपात आदर्श विवर्तन सीमित (TEM00) बीम व्यास-विचलन उत्पाद का अनुपात है:
जहां i0 मिलीरियर्स में बीम डाइवर्जेंस है और w0 आउटपुट बीम कमर की चौड़ाई है (यदि बीम गोलाकार है, तो w0 को बीम व्यास d0 द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है)। या प्राप्य फोकल स्पॉट व्यास d0 के लिए:
चित्रा 1 समीकरण (2) में प्रयुक्त मापदंडों को दिखाता है। फाइबर लेजर निर्माता आमतौर पर 5 मिमी और 20 मिमी के बीच व्यास (डी 0) के बीच एक संपीड़ित आउटपुट के साथ एक बीम डिलीवरी सिर प्रदान करते हैं। गणना से पता चलता है कि 10μm का एक सैद्धांतिक फोकल स्पॉट व्यास 19 मिमी फोकल लंबाई लेंस के साथ प्राप्त करने योग्य है। इसलिए, 1075nm पर 50W फाइबर लेजर के लिए, केंद्रित बीम जबरदस्त ऑप्टिकल पावर घनत्व पैक करता है
अधिक संयोजन तालिका 1 में दिए गए हैं। जबकि बीम स्टीयरिंग ऑप्टिक्स कभी भी पूरी तरह से ध्यान केंद्रित स्थान नहीं देख सकता है, एक सुरक्षा कारक है जिसे डिज़ाइन इंजीनियर ध्यान में रखना चाहेगा; संरेखण के दौरान ऑप्टिकल तत्वों पर इन उच्च, विवर्तन सीमित बिजली घनत्व हो सकते हैं।
कम ऊर्जा स्पंदित फाइबर लेज़रों और मिड-रेंज सीडब्ल्यू लेज़रों (1-5 डब्ल्यू औसत शक्ति के आदेश पर) के लिए, एन-बीके 7 ग्लास शोट चॉट.डे से) ऊर्जा और परावर्तक प्रकाशिकी दोनों के लिए एक उपयुक्त और सस्ती सब्सट्रेट सामग्री है जहां ऊर्जा ऑप्टिकल सतह पर <50mw cm2=""> एन-बीके 7 एक बोरोसिलिकेट क्राउन ऑप्टिकल ग्लास है जिसमें उच्च समरूपता और दृश्य और निकट-अवरक्त में उच्च संचरण है। घटक के माध्यम से समग्र संचरण को बढ़ाने के लिए खिड़कियों, लेंस और आंशिक रिफ्लेक्टर पर एंटी-रिफ्लेक्शन (एआर) कोटिंग्स का उपयोग किया जा सकता है। इन ऊर्जाओं पर, या तो नैरोबैंड ("V" -कोट) AR कोटिंग्स या मल्टी-लेयर ब्रॉडबैंड AR कोटिंग्स का उपयोग प्रति सतह परावर्तन को कम करने के लिए एक तरंग दैर्ध्य पर <0.25% या="" एक="" बैंडविड्थ="" से="" अधिक="" 0.5%="" पर="" किया="" जा="" सकता="" है।="" ट्यून="" करने="" योग्य="" लेज़र="" सिस्टम="" के="" लिए="" 250-400nm="" (चित्र="" 2="">
नैरोबैंड "वी" -कोट मल्टी-लेयर (आमतौर पर दो-परत) ढांकता हुआ एंटी-रिफ्लेक्शन कोटिंग्स हैं जो तरंग दैर्ध्य के एक संकीर्ण बैंड पर सैद्धांतिक न्यूनतम प्रतिबिंब प्राप्त करते हैं। परावर्तन बनाम तरंगदैर्घ्य ग्राफ में "V" आकार देने वाली इस न्यूनतम के दोनों ओर परावर्तन तेजी से बढ़ता है। अमेरिकी निर्माता आम तौर पर इस कोटिंग को अपने ब्रॉडबैंड एआर प्रसाद से अलग करने के लिए शब्दावली "वी-कोट" या "लेजरलाइन" का उपयोग करते हैं।
1-5W फाइबर लेजर के साथ उपयोग के लिए एक अन्य सामग्री विकल्प Schott से एन-एसएफ 11 ग्लास है जिसमें 1060 एनएम पर एक अपवर्तक सूचकांक n = 1.754 है, जो एन-बीके 7 (1.507) से अधिक है। यह लचीलापन प्रदान करता है यदि आवेदन के लिए एक छोटी फोकल लंबाई वाला लेंस आवश्यक है। क्योंकि N-SF11 और N-BK7 दोनों में 8 × 10-6 / ° C रेंज में थर्मल विस्तार गुणांक है, इसलिए फ्यूड सिलिका सब्सट्रेट सामग्री का पसंदीदा विकल्प है यदि थर्मल स्थिरता महत्वपूर्ण है। फ्यूज़ेड सिलिका में केवल 0.57 × 10-6 / ° C का थर्मल विस्तार गुणांक है, जो अन्य ऑप्टिकल सामग्रियों की तुलना में अधिक स्थिर परिमाण का क्रम है। फाइबर लेजर निर्माता 50W से अधिक फाइबर लेजर आउटपुट के साथ उपयोग के लिए ट्रांसिमिसिव ऑप्टिक्स के लिए फ्यूज्ड सिलिका की सलाह देते हैं। उदाहरण के लिए, साउथेम्प्टन फोटोनिक्स, इंक। Pioptics.com) फाइबर लेजर अनुप्रयोगों के लिए फ्यूजेड सिलिका के उपयोग की दृढ़ता से अनुशंसा करता है क्योंकि इसकी उच्चतर लेजर क्षति थ्रेसहोल्ड है। यह 500-2000nm से N-BK7 के लिए समान संप्रेषण गुण है, लेकिन अधिक थर्मल रूप से स्थिर है और स्पंदित और CW दोनों प्रणालियों के लिए उच्च क्षति सीमा सीमा है। IPG फोटोनिक्स pgphotonics.com) IR ग्रेड फ्यूज सिलिका की सिफारिश करता है जो फाइबर लेजर के लिए 1kW से ऊपर रेट की जाती है। फिर से, एआर कोटिंग्स का उपयोग सतह प्रतिबिंबों को कम करने के लिए किया जा सकता है, लेकिन उच्च ऊर्जा के लिए केवल बहु-परत "वी" -कोट एआर कोटिंग्स का उपयोग करना सबसे अच्छा है, जो 1MW / cm2 या अधिक तक का सामना करते हैं।
2 लेंस
कुछ अनुप्रयोगों में, जैसे कि ऑप्टिकल ट्रैप की इमेजिंग, पूरे बीम पथ में छवि गुणवत्ता बनाए रखना महत्वपूर्ण है। हालाँकि, एकल लेंस, जिसमें सिलिका या एन-बीके 7 सामग्री होती है, सरल बीम स्टीयरिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं, संचरित वेवफ्रंट त्रुटियों को कम करने के लिए डबल या ट्रिपल एप्लानेटिक लेंस अधिक उपयुक्त हो सकते हैं। इन लेंसों को दो मोनोक्रोमैटिक वेवफ्रंट त्रुटियों को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिन्हें गोलाकार अलगाव और कोमा कहा जाता है। गोलाकार एबेरेशन अक्षीय रूप से सममित होता है और तब होता है जब मध्य क्षेत्र से गुजरने वाली किरणों की तुलना में लेंस के बाहरी क्षेत्रों से होकर गुजरने वाली किरणें लेंस से एक अलग दूरी पर केंद्रित होती हैं। कोमा एक ऑफ-एक्सिस गैर-सममित वेवफ्रंट विकृति है जो मुख्य कोण से फ़ील्ड कोण या दूरी के साथ रैखिक रूप से बढ़ जाती है। संयोजन में, ये गर्भपात लेंस के माध्यम से प्रसारित तरंग को विकृत करते हैं और फोकल स्थान को अनियमित आकार और / या धुंधला हो जाते हैं।
विशिष्ट डिजाइन मानदंडों के आधार पर, पहले से सूचीबद्ध या अन्य सामग्रियों को डबलट और ट्रिपल लेंस डिजाइन सब्सट्रेट सामग्रियों का उपयोग कर सकते हैं। वे एक एकल तरंग दैर्ध्य के लिए अनुकूलित होते हैं और आमतौर पर कांच की सतहों के बीच सीमेंट द्वारा प्रेरित अतिरिक्त वेवफ्रंट विरूपण को कम करने के लिए एयर-स्पेस होते हैं। एयर-स्पेसिंग तत्व डिजाइन में वृद्धि के लचीलेपन के लिए भी अनुमति देते हैं क्योंकि आसन्न सतहों में मिलान वक्रता नहीं होती है। इसके बजाय, पूरी लेंस असेंबली के माध्यम से कोमा और गोलाकार विपथन को कम से कम करने के लिए चार से छह सतहों में से प्रत्येक को स्वतंत्र रूप से अनुकूलित किया जा सकता है। घटक के समग्र क्षति सीमा और जीवनकाल को अधिकतम करने के लिए सीमेंट लैंस असेंबलियों से बचा जाना चाहिए।
3 संकीर्ण स्पेक्ट्रम बैंडविड्थ
एक फाइबर लेजर की तरंग दैर्ध्य रेंज निर्माता के पंपिंग आर्किटेक्चर और सक्रिय फाइबर लेजर गुहा में उपयोग किए जाने वाले डोपेंट द्वारा निर्धारित की जाती है। विशिष्ट तरंग दैर्ध्य सीमाएं हैं: एरोबियम डोपिंग के लिए 780-800nm,
Ytterbium के लिए 1030-1120nm, erbium-ytterbium के लिए 1530-1600nm और थुलियम के लिए 1800-2100nm। फाइबर लेजर की बैंडविड्थ को आमतौर पर फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग द्वारा परिभाषित किया जाता है। फाइबर लेजर निर्माता एक सीमा निर्दिष्ट करेंगे, जिसमें से अंतिम उपयोगकर्ता एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का चयन कर सकता है। प्रत्येक लेजर की वास्तविक बैंडविड्थ केवल 1-2nm है। उच्चतर ऑर्डर तरंगों जैसे घटकों को चुनते समय यह एक महत्वपूर्ण विवरण हो सकता है जो केवल एक संकीर्ण बैंडविड्थ पर ठीक से कार्य करते हैं।
4 ध्रुवीकरण प्रकाशिकी
बैंडविड्थ और ऊर्जा घनत्व विभिन्न पोलराइज़र और तरंगों के बीच चयन करते समय जानने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बीम विशेषताओं हैं। पॉलिमर रैखिक ध्रुवीकरण 1W / cm2 से अधिक ऊर्जा पर उपयोग के लिए अभिप्रेत नहीं है। सिमेंटेड क्यूब पोलराइज़र संकीर्ण बैंड और ब्रॉडबैंड डिज़ाइन दोनों में उपलब्ध हैं लेकिन क्षति थ्रेसहोल्ड आंतरिक epoxy तक सीमित हैं। हालांकि कुछ ऑप्टिकल सीमेंट 500W / cm2 की कथित तौर पर लेजर शक्ति घनत्व का सामना कर सकते हैं, फाइबर लेजर निर्माता 50W से ऊपर रेट किए गए फाइबर लेजर के लिए सीमेंटेड प्रकाशिकी से बचने की सलाह देते हैं। इस स्तर के ऊपर, एयर-स्पेस या वैकल्पिक रूप से संपर्क किए गए ध्रुवीकरण क्यूब डिज़ाइन पर स्विच करना आवश्यक है, जो आम तौर पर सीडब्ल्यू लेजर लाइट के 1 मेगावाट / सेमी 2 से अधिक संभाल सकता है।
1 मिमी मोटाई के पास कई ऑर्डर क्रिस्टल क्वार्ट्ज वेवप्लेट के लिए, तरंग दैर्ध्य में 2nm भिन्नता एक उत्कृष्ट तरंग और एक अस्वीकार्य भाग के बीच अंतर कर सकती है। 1082nm के लिए डिज़ाइन किया गया 1 मिमी मोटा λ / 4 तरंग वास्तव में 1084nm पर 0.23λ तरंगिका, या λ / 50 बंद होगा। वैकल्पिक रूप से, एक समान दो तरंग दैर्ध्य के लिए डिज़ाइन किया गया एक कंपाउंड जीरो ऑर्डर तरंग, <λ 1000="" तरंगों="" द्वारा="" दोनों="" के="" बीच="" मंदता="" को="" बदल="" देगा,="" जो="" विशिष्ट="" माप="" सीमा="" के="" भीतर="" अच्छी="" तरह="" से=""> जीरो ऑर्डर तरंगें डिजाइन तरंग दैर्ध्य से order 40-70nm पर बहुत अच्छी तरह से काम करती हैं, और ट्यून करने योग्य लेजर सिस्टम के साथ-साथ> 1nm (चित्रा 3 देखें) के लेजर लाइन बैंडविथ्स के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं।
5 दर्पण
मानक घटक - अर्थात मौजूदा कोटिंग डिजाइन - अन्य लेजर लाइनों के लिए नए फाइबर लेजर तरंग दैर्ध्य और इष्टतम प्रदर्शन के लिए शक्तियों से अच्छी तरह से मेल नहीं खा सकते हैं। बहुत कम ऊर्जा प्रणालियों के लिए, सोने, एल्यूमीनियम और चांदी जैसे संरक्षित धातु दर्पण कोटिंग्स कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त विकल्प हो सकते हैं जहां 100% परावर्तकता की आवश्यकता नहीं होती है। वे आसानी से उपलब्ध हैं और सस्ती हैं। हालांकि, सुरक्षात्मक परतों के साथ भी, धातु के कोटिंग्स नरम होते हैं और अंततः ठीक से संभाले नहीं जाने पर खरोंच या गल जाते हैं। वैकल्पिक रूप से, बहुपरत ढांकता हुआ दर्पण कठिन-लेपित, टिकाऊ और अत्यधिक परावर्तक होते हैं या तो सामान्य घटना या 45 ° (चित्र 4 देखें)। वे 10-20 pulsed सिस्टम में 20J / cm2 से अधिक थ्रेसहोल्ड को नुकसान पहुंचाते हैं और इसलिए स्पंदित या CW फाइबर लेजर सेटअप में उपयोग किए जाने पर नीचा या खराब नुकसान नहीं होना चाहिए। हालांकि विशेष रूप से ब्रॉडबैंड नहीं, 1064nm एनडी के लिए डिज़ाइन किया गया एक ढांकता हुआ मानक दर्पण: YAG सिस्टम अभी भी> 99% 1075nm या 1080nm पर प्रतिबिंबित करेगा।
6। निष्कर्ष
सीवीआई ने फाइबर लेज़र सिस्टम के साथ उपयोग के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए दर्पणों की एक नई लाइन शुरू की है। इसके अतिरिक्त, CVI ने मौजूदा उत्पाद लाइनों में सबसे आम फाइबर लेजर तरंग दैर्ध्य को जोड़ा है, जिसमें ट्रांसमीटर, ऑप्टिक्स, और विंडोज़ जैसे ट्रांसमीसिव ऑप्टिक्स के लिए AR कोटिंग्स शामिल हैं, साथ ही बीमप्लेटर, आंशिक प्रोसेसर, आउटपुट कपलर और दर्पण के लिए चिंतनशील कोटिंग्स भी शामिल हैं।
फाइबर लेजर निर्माता अपनी तकनीक की सीमाओं को आगे बढ़ाते रहते हैं, जिससे सीडब्ल्यू-पावर और स्पंदित ऊर्जा व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो जाती है। उच्च ऊर्जा के साथ मिलकर उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता इन प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल घटकों पर बढ़ती मांगों को जारी रखेगी। इन घटकों के लिए मुख्य विशिष्टताओं में सब्सट्रेट सामग्री, क्षति सीमा और सतह की गुणवत्ता शामिल होगी।
