Слика 1: Дистрибуција интензитета експериментално мерених гааминских греда (лево) и горњих греда шешира (десно).
Већина ласерских греда има дистрибуције гасове интензитета; Међутим, у неким апликацијама може бити корисније користити не-гаусске греде. Гауссиан сноп има пресек за дистрибуцију интензитета који се симетрично смањује са све већем удаљености од центра. Супротно томе, врх шешира одржава константну дистрибуцију интензитета преко пресека, омогућавајући доследан интензитет зрачења на циљу током обраде (види слику 1). Као резултат тога, тачнији и предвидљиви резултати могу се постићи у апликацијама као што су прерада семикондукторске плоче, друге прераде материјала и нелинеарне фреквенцијске конверзије за ласере високог снагу.
Горњи шешири Производи чистачице и оштрији ивице од Гауссових греда, али генерисање горњих греда капара додаје додатне трошкове и сложеност система. Разумевање предности врхунских греда и различитих метода генерисања могу помоћи интеграторима ласерских система Изаберите праву врсту ласерског снопа за њихову врсту примене.
Карактеристике Гауссових греда
Гауссови ласери су чешћи и исплативији од осталих врста ласерских извора. Најквалитетнији, ласери са једним модом емитују сноп који следи нископропусног гаусовог профила за гауссиан, који је такође познат као режим 00. Мањи извори квалитета такође ће имати одређени степен присутних осталих ласерских модова, али обично претпоставља да ласер има пожељни гасовски профил да поједностави моделирање система.
Ако Гауссова греда има исту просечну оптичку снагу као врх шешира, врхунска нерадијанка гасове греде биће двоструко више од горњег шешира. Као Гауссова сноп пропагира се кроз оптички систем, одржава гасову дистрибуцију профила ирадианса, чак и ако се промијене врхунског интензитета или величине греде. То значи да Гауссова греда остаје константна како се шири.
Који су проблеми са Гауссовим гредама?
Гауссове греде имају своје недостатке. У апликацијама где се користи високи део зрачења у центру, део ниског интензитета снопа на обе стране (такозвана "крила"), јер је ласерско интензитет већи од прага потребног за апликацију, било да је то прерада материјала, било да је то прерада материјала или друге апликације.
Поред тога, крила Гауссове греде могу такође оштетити подручја која су изнад циљне зоне, чиме се повећава зона погођене топлотом. Ово је штетно за апликације као што су ласерска хирургија и прецизна обрада материјала, где су приоритет високе прецизне и минималне зона погођене топлотом. Као резултат тога, материјали прерађени са Гауссовим гредама неће имати нарочито глатке ивице, смањујући тако тачност система.
Зашто користити горње шешире?
У поређењу са Гауссовим гредама, топ профили шешира немају крилатине и имају стрметније прелазе ивице, што је резултирало ефикаснијим преносом интензитета и мањим зонама погођеним топлотом. [2] Јештерење, заваривање или сечење са горњим шеширом шешир ће бити прецизнији и мање штетни у околини.
Слика.
Ова главна предност горњих шешира чини их погодним за многе различите ситуације. У ласерском прагу оштећења на ласеру (ЛИДТ) тестирање и други метролошки системи, уједначена дистрибуција горњих шешира минимизира мерну несигурност и статистичку варијанту. Горњи шешири су такође погодне у флуоресцентној микроскопији, холографији и системима интерферометрија.
Један од начина да се процени да ли је стварни ласерски сноп близу савршеног врхунског снопа шешира је анализирати фактор ратнености (Фη), који се израчунава дељењем просечне вредности нерадианса од максималне вредности нерадианса од стране максималне вредности нерадианса зрака, као што је описано у стандарду ИСО 13694.
Које су недостаци горњих шешира?
Горњи шешир није погодан за све апликације. Није тако економичан као Гауссова греда, јер је потребна додатна компонента обликовања снопа да се учвршћује гасове греде у врх шешира. Ова компонента се може или уградити директно у ласерски извор или се користи у систему изван ласера. Ове компоненте за обликовање снопа зависе од величине улаза и осетљива су на поравнање КСИ авиона. Поред тога, за разлику од Гауссових греда, горњи шешири не остају константни током ширења. То значи да инцидент горњи шешир шешира неће одржавати свој горњи облик шешира јер путује кроз систем и на крају ће се развити да личи на дистрибуцију прозоре.
Како је реализован горњи шешир?
Ако је пожељна врхунска шешира, али системски трошкови је врло ограничен и наступ не треба да буде веома висок, Гауссова сноп може бити физички скраћена помоћу малог отвора за креирање псеудо-топ профила шешира. Ова метода се одсече и отпада енергију из оба крила Гауссове греде и чак ни не постоји и не постоји и дистрибуција интензитета у центру греде. Ова метода може бити корисна ако је одржавање ниске цене главни фактор.
За системе високих перформанси који захтевају ефикасно коришћење ласерских енергије, компоненте за обликовање снопа може се користити за обликовање гасове греде у врхунску греду. Постоји неколико различитих врста компоненти који обликовање снопа, укључујући рефракцијске, рефлективне, холографске и дифрактивне уређаје. Уређаји за обликовање рефрационих греда користе асферичне или слободне сочиве у облику поља и друге рефракцијске компоненте да модулишу фазу снопа (види слику 2). Предност је јединствена дистрибуција интензитета и равна фазна фронта. Амплитуда и фаза снопа инцидента модулисане су оптичким елементима у галиљеном или кепплерском склопу сочива. Овај поступак је обично високо ефикасан (већи од 96%) и таласна дужина независна преко распона дизајна уређаја. Ормари за прехрани произвођачи производе произведу усаглашене, врхунске греде које су посебно погодне за апликације које дјелују на велике удаљености, као што су холографски систем и микроскопијски системи.
Слика 2: Обликовање гасове греде у горњи шешир користећи АДЛОПТИЦА ΠСХОПЕР ТОП СХОП СХОППЕ из адлоптике Едмунд Оптицс-а, на основу принципа рада, као што су аберације таласа и услови за заштиту енергије.
Остале врсте обликовача рефракцијског снопа који обликују Гауссову греду у квази-равно прозрачно место. Предност овога је да је прозрачна тачка, када је усмерена од стране дифракционог ограниченог постављеног објектива, формира тачку фокусирања са врхунском профилом шешира. У многим апликацијама као што су микрокомхинирање, литографија и микровинга, тачка фокусирања захтева врхунску профил.
С друге стране, диффрактивни облици греде користе дифракцију, а не прелом, да промени дистрибуцију интензитета инцидентског ласерског снопа. Специфичне микро- и наноструктуре припремају се на подлози користећи процес јеткања да би се формирали дифрактивни елементи. Распон ефеката и таласне дужине дифрактивног елемента обично зависе од висине и размака региона структуре. Стога се дифрактивни оптички елементи морају користити у оквиру дизајниране таласне дужине како би се избегли грешке у учинку.
Диффрактивни облици греде су осетљивији на положај дивергенција, поравнање и положај снопа од обликованих бакара. Међутим, диффрактивни облици греда имају одређену предност у ласерском системима који су ограничени у свемир, јер се обично састоје од једног дифрактивног елемента уместо више рефракцијског сочива и могу да формирају и горње греде шешира и ваздушне мрље и прозрачне мрље.
Интегратори ласерских снопа или хомогенизатори су још једна врста компоненте обликовања снопа. Састоје се од низа малих сочива које раздвајају светлост инцидента на мање греде. Фокусирајући сочиво затим поднесе мање греде на циљни авион. Коначни излазни сноп је збир дифракцијских образаца произведених сваког мале сочива у низу. Они могу да обликују инциденту Гауссову греду у униформну врхунску профил шешира. Међутим, ови системи се често сусрећу са случајним флуктуацијама насумичне нерадијанке, што резултира профилом излазног снопа који није савршено интензитет униформе. Табела 1 упоређује различите облике греде.
Горњи шешири су погодни за различите ласерски системе у којима су тачност и ефикасност важнији од трошкова. Са рефрактивним, диффрактивним и другим врстама Схарпове снопа који су тренутно на тржишту, интегратори ласерских система имају разне избора приликом одабира Схапер Схапер.
