Tìm kiếm
viMột hệ thống laser chỉ chính xác như hệ thống quang học bên trong nó. Gương điều khiển chùm tia, thấu kính tập trung nó — nhưng khi một hệ thống cần chuyển hướng, định hình lại hoặc tách ánh sáng về mặt quang phổ với mức tổn thất tối thiểu thì lăng kính quang học tùy chỉnh thường là câu trả lời phù hợp. Lăng kính có sẵn xử lý hình học tiêu chuẩn và bước sóng thông thường. Lăng kính tùy chỉnh giải quyết các vấn đề khó khăn hơn: góc không chuẩn, môi trường năng lượng cao, phạm vi UV hoặc IR và các hạn chế về không gian chật hẹp mà các danh mục tiêu chuẩn đơn giản không giải quyết được.
Bài viết này đề cập đến các chức năng cốt lõi mà lăng kính tùy chỉnh thực hiện trong hệ thống laser và các quyết định kỹ thuật xác định liệu lăng kính có hoạt động hay không.
Điều khiển chùm tia và điều khiển hướng
Ứng dụng trực tiếp nhất của lăng kính trong hệ thống laser là thay đổi hướng chùm tia. Không giống như gương phẳng, lăng kính chuyển hướng chùm tia thông qua phản xạ nội toàn phần (TIR) hoặc khúc xạ có kiểm soát - không cần lớp phủ trên bề mặt phản xạ. Điều này làm cho lăng kính bền hơn trong môi trường có tốc độ lặp lại cao, nơi lớp phủ gương có thể xuống cấp khi tiếp xúc với tia laser liên tục.
Lăng kính góc vuông là tiêu chuẩn cho độ lệch 90°. Lăng kính Porro chùm phản xạ ngược với góc quay 180°. Đối với các góc không chuẩn — 30°, 45°, 60° hoặc các giá trị tùy chỉnh — hình học lăng kính phải được tính toán và chế tạo riêng cho ứng dụng. Đây là lúc việc sản xuất tùy chỉnh trở nên thiết yếu: sai số 1–2 phút cung trong dung sai góc có thể làm sai lệch toàn bộ đường quang trong các hệ thống chính xác như giao thoa kế hoặc máy đo khoảng cách laser.
Đối với các hệ thống yêu cầu lái có thể điều chỉnh được, lăng kính quang học chính xác dùng trong công nghiệp và khoa học chẳng hạn như lăng kính nêm thường được ghép theo cấu hình quay ngược chiều. Bằng cách xoay hai nêm tương đối với nhau, chùm tia có thể được điều khiển qua một hình nón có nhiều góc mà không cần bất kỳ gương chuyển động nào - một giải pháp nhỏ gọn, mạnh mẽ được sử dụng trong các hệ thống quét và nhắm mục tiêu bằng laser.
Định hình chùm tia: Từ hình elip đến hình tròn
Điốt laser tạo ra chùm tia không đối xứng - trục nhanh và trục chậm phân kỳ ở các tốc độ khác nhau, tạo ra một mặt cắt hình elip. Đối với hầu hết các ứng dụng ghép nối sợi quang và quang học xuôi dòng, cần có chùm tia tròn. Cặp lăng kính biến dạng giải quyết điều này một cách trực tiếp.
Một cặp lăng kính có các góc khớp nhau sẽ mở rộng chùm tia dọc theo một trục mà không ảnh hưởng đến trục kia, biến hình dạng elip thành hình gần tròn. Hướng chùm tia không thay đổi — một yêu cầu quan trọng trong các hệ thống mà độ ổn định hướng là vấn đề quan trọng. Lăng kính biến dạng tùy chỉnh được chỉ định bởi tỷ lệ phóng đại (thường là 2:1 đến 4:1), kích thước chùm tia đầu vào và bước sóng, khiến chúng không thể thay thế cho nhau giữa các mô hình diode laser khác nhau. Phản xạ quang học được thiết kế cho ứng dụng điều khiển chùm tia laser thường được sử dụng cùng với các cặp biến dạng để hoàn thành giai đoạn điều hòa chùm tia.
Kiểm soát phân tán và tách bước sóng
Lăng kính có thể tách chùm tia laser đa bước sóng thành các thành phần quang phổ của nó - hoặc bù chính xác sự phân tán vận tốc nhóm (GVD) trong các hệ thống laser cực nhanh. Hai hàm này sử dụng cùng một nguyên lý vật lý (chiết suất phụ thuộc bước sóng) nhưng phục vụ các mục tiêu kỹ thuật trái ngược nhau.
trong quang phổ và điều chỉnh laser , lăng kính đều hoặc lăng kính Pellin-Broca phân tán chùm tia thành các bước sóng cấu thành của nó. Ví dụ, lăng kính Pellin-Broca làm lệch một bước sóng đã chọn ở chính xác 90° trong khi làm lệch các bước sóng khác - khiến nó trở nên lý tưởng để tách một sóng hài đơn khỏi nguồn laser nhiều tia.
trong hệ thống laser cực nhanh (xung femtosecond và picosecond), các cặp lăng kính được sử dụng để bù tán sắc. Khi một xung ngắn truyền qua thủy tinh và các thành phần quang học khác, các bước sóng khác nhau truyền đi với tốc độ hơi khác nhau, làm kéo dài xung. Một cặp lăng kính đưa ra GVD âm để chống lại điều này, nén xung trở lại thời lượng thiết kế của nó. Hình dạng - sự phân tách lăng kính, góc đỉnh và vật liệu - phải được tính toán cho dải bước sóng và độ rộng xung cụ thể. Chế tạo tùy chỉnh không phải là tùy chọn ở đây; hình học sai đơn giản là không bù đắp được. Ghép nối những thứ này với thấu kính quang học được tối ưu hóa cho chất lượng chùm tia và hiệu suất hệ thống đảm bảo đường dẫn chùm tia đầy đủ duy trì tính toàn vẹn của xung.
Lựa chọn vật liệu và lớp phủ
Một lăng kính hoạt động ở bước sóng 633 nm có thể sai hoàn toàn ở bước sóng 266 nm hoặc 10,6 µm. Lựa chọn vật liệu được xác định bởi phạm vi bước sóng và mật độ năng lượng:
- N-BK7 bao phủ 350–2000 nm, mang lại tính đồng nhất tốt và tiết kiệm chi phí, đồng thời phù hợp với hầu hết các hệ thống laser nhìn thấy được và gần hồng ngoại. Ngưỡng sát thương do laser gây ra (LIDT) của nó phù hợp cho các ứng dụng có công suất vừa phải.
- silica nung chảy bằng tia cực tím mở rộng truyền xuống tới 195 nm, mang LIDT cao hơn BK7 và có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn — cần thiết cho môi trường laser UV xung hoặc công suất cao.
- Canxi florua (CaF₂) và kẽm selenua (ZnSe) phục vụ các hệ thống IR nơi kính tiêu chuẩn mờ đục.
Lớp phủ quan trọng như nhau. Lớp phủ chống phản chiếu (AR) trên các mặt vào và ra giúp giảm tổn thất Fresnel xuống dưới 0,5% trên mỗi bề mặt — rất quan trọng trong các hốc laser có mức tăng cao, nơi ngay cả những phản xạ nhỏ cũng có thể gây mất ổn định. Đối với các lăng kính được sử dụng bên trong bộ cộng hưởng laser, lớp phủ cũng phải phù hợp với bước sóng và năng lượng xung cụ thể của laser để tránh làm hỏng lớp phủ. Xem cách lăng kính quang học nâng cao độ chính xác trong các ứng dụng khoa học và công nghiệp để có cái nhìn tổng quan hơn về các yêu cầu hiệu suất.
Các thông số chính khi chỉ định lăng kính tùy chỉnh
Việc đặt hàng một lăng kính tùy chỉnh đòi hỏi nhiều thứ hơn là một bản phác thảo hình học. Các tham số sau ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hệ thống và phải được chỉ định chính xác:
- Dung sai góc : Thông thường là ±1–5 phút cung cho mục đích sử dụng thông thường; ±10 cung giây hoặc chặt hơn cho các ứng dụng giao thoa kế hoặc khoang đo
- Độ phẳng bề mặt : Được biểu thị bằng phân số của bước sóng (ví dụ: λ/10 ở 632,8 nm) — dung sai chặt chẽ hơn sẽ làm tăng đáng kể chi phí và thời gian thực hiện
- Chất lượng bề mặt : Được xác định bởi thông số kỹ thuật đào xước (ví dụ: 10-5 cho cấp độ laser, 40-20 cho sử dụng công nghiệp)
- Khẩu độ rõ ràng : Vùng quang học có thể sử dụng - thường ≥80–90% khẩu độ vật lý
- Đặc điểm lớp phủ : Phạm vi bước sóng, góc tới và LIDT tối thiểu đối với nguồn laser dự định
Thời gian thực hiện dao động từ vài ngày đối với các hình dạng đơn giản trong vật liệu sẵn có đến vài tuần đối với các hình dạng phức tạp hoặc các chất nền kỳ lạ. Thu hút nhà sản xuất sớm — trước khi hoàn thiện bố cục quang học — sẽ tránh được việc thiết kế lại tốn kém và cho phép đánh giá sự cân bằng dung sai trên toàn bộ hệ thống. Khám phá đầy đủ các sản phẩm của chúng tôi thấu kính quang học hiệu suất cao để lấy nét chùm tia laze để bổ sung cho lựa chọn lăng kính của bạn trong một cụm điều hòa chùm tia hoàn chỉnh.
32041102000130