Tại sao lại sử dụng chùm tia laze đỉnh đầu/mũ phẳng?

Hầu hết các chùm tia laze là Gaussian, nhưng trong một số trường hợp, có thể có một cấu hình bức xạ không phải Gaussian. Sự phân bố bức xạ đối xứng của chùm Gaussian giảm khi khoảng cách từ tâm của mặt cắt chùm tia laze tăng lên. Chùm tia mũ phẳng hoặc mũ chóp có sự phân bố bức xạ không đổi trên mặt cắt ngang của chùm tia laze (Hình 1). Một số ứng dụng được hưởng lợi từ cường độ không đổi trên một khu vực nhất định bao gồm xử lý các tấm bán dẫn mỏng, chuyển đổi tần số phi tuyến tính ở mức công suất cao và xử lý vật liệu. Dầm đỉnh phẳng thường tạo ra kết quả chính xác và có thể đoán trước hơn, chẳng hạn như vết cắt sắc nét hơn và các cạnh sắc nét hơn so với dầm Gaussian, nhưng chúng đi kèm với chi phí và độ phức tạp của hệ thống bổ sung.

Hình 1: Các chùm Gaussian lãng phí năng lượng thông qua cả năng lượng thừa cao hơn ngưỡng cần thiết cho ứng dụng và năng lượng thấp hơn ngưỡng ở các phần bên ngoài của chùm gaussian. Dầm mũ/đỉnh phẳng hiệu quả hơn ở chỗ chúng vượt ngưỡng trong khi giảm thiểu năng lượng lãng phí.

 

 

chùm Gaussian
Các laze đơn mode chất lượng cao tạo ra sự phân bố bức xạ gaussian bậc thấp, chế độ TEM00. Một chùm gaussian có cùng công suất quang học trung bình như chùm tia laze mũ chóp/mũ phẳng có mật độ năng lượng cực đại gấp đôi chùm tia laze mũ chóp/mũ phẳng (hình 2). Chùm gaussian không đổi khi biến đổi; do đó, khi chùm tia truyền qua hệ thống, cấu hình chùm tia vẫn được phân bố gaussian ngay cả khi kích thước chùm tia thay đổi. Điều này là do biến đổi phạm vi của hàm gaussian là một hàm gaussian khác. Ánh sáng trải qua một biến đổi phạm vi hơn bằng cách lan truyền đến vô cực hoặc bằng cách hội tụ qua một thấu kính hoàn hảo. Để tìm hiểu thêm về các chế độ laze như TEM00, hãy truy cập ghi chú ứng dụng chế độ bộ cộng hưởng laze của chúng tôi.

Hình 2: Các chùm Gaussian và đỉnh phẳng có cùng công suất quang học, cho thấy cường độ cực đại của chùm Gaussian gấp đôi cường độ của chùm đỉnh phẳng.

Laser Gaussian phổ biến hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với các loại laser khác, nhưng chúng có một số nhược điểm, chẳng hạn như "cánh" hoặc vùng cường độ thấp mở rộng từ tâm có thể sử dụng của chùm tia. Nếu cường độ cánh của chùm tia Gauss thấp hơn ngưỡng cần thiết cho ứng dụng, điều này thường dẫn đến lãng phí năng lượng (Hình 1). Chúng cũng gây ra thiệt hại cho khu vực xung quanh và mở rộng vùng ảnh hưởng nhiệt, điều này có thể gây bất lợi cho các ứng dụng như phẫu thuật laser và xử lý vật liệu chính xác. Việc cắt hoặc định hình các chi tiết nhỏ bằng chùm tia Gaussian dẫn đến độ chính xác kém hơn so với chùm tia mũ/đỉnh phẳng do vùng chịu ảnh hưởng nhiệt lớn hơn của chùm tia, khiến cho dầm mũ/đỉnh phẳng trở thành lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng như vậy.

 

 

Mũ trên cùng / Dầm trên cùng bằng phẳng

Một cách để đánh giá mức độ gần của một dầm thực với một dầm đỉnh phẳng lý tưởng là bằng hệ số phẳng (F_η). Điều này được xác định bằng cách chia giá trị bức xạ trung bình cho giá trị bức xạ tối đa như mô tả.

 

Fη=Độ rọi trung bình / Độ rọi tối đa

 

Việc không có cánh và sự chuyển đổi cạnh dốc hơn trong các dầm trên cùng/mũi phẳng cho phép truyền năng lượng hiệu quả hơn và giảm vùng ảnh hưởng nhiệt. Điều này có lợi cho nhiều ứng dụng trong đó ưu tiên độ chính xác cao và giảm thiểu thiệt hại cho khu vực xung quanh. Trong các ứng dụng đo lường, chẳng hạn như thử nghiệm ngưỡng thiệt hại do tia laser (LIDT), cấu hình đồng nhất và được xác định rõ của chùm tia mũ/mũi trên cùng làm giảm độ không đảm bảo của phép đo và phương sai thống kê.

 

Chùm tia mũ/chùm đỉnh phẳng không hiệu quả về mặt chi phí như chùm tia Gauss vì cần có một bộ phận định hình chùm tia bổ sung để chuyển đổi đầu ra laze thành chùm tia mũ/chùm đỉnh phẳng (Hình 3). Thành phần định hình chùm tia này có thể được tích hợp vào nguồn laser hoặc đặt bên ngoài laser. Các bộ định hình chùm tia bổ sung này nhạy cảm với căn chỉnh xy và phụ thuộc vào đường kính chùm tia đầu vào. Chùm tia laze mũ/đỉnh phẳng không cố định khi biến đổi. Do đó, biên dạng chùm của chùm tia tới mũ/đỉnh phẳng không được bảo toàn một cách tự nhiên khi chùm tia lan truyền. Biến đổi Fourier của hàm mũ/đỉnh phẳng là một hàm điểm Airy, có nghĩa là chùm mũ/đỉnh phẳng cuối cùng sẽ phát triển thành một điểm Airy.

Hình 3: Hoạt ảnh của biên dạng dầm chuyển đổi giữa phân bố Gaussian và phân bố đỉnh phẳng.

 

 

Việc sử dụng chùm tia laser mũ cao/mũ phẳng mang lại nhiều lợi ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp và khoa học. Với sự phân bố năng lượng đồng đều và khả năng giảm thấu kính nhiệt và kích thước điểm, loại chùm tia này có thể giúp cải thiện độ chính xác, tính nhất quán và hiệu quả của nhiều quy trình laser khác nhau.

 

SDQY Laser là nhà máy sản xuất máy làm sạch bằng tia laser có thế mạnh về kỹ thuật. Chúng tôi có một đội ngũ R&D chuyên nghiệp để cung cấp cho khách hàng các thiết bị làm sạch bằng laser hiệu suất cao, chất lượng cao, bao gồm các chùm tia 200w, 300w, 500w trên mũ/đỉnh phẳng và các máy làm sạch bằng laser chùm tia Gaussian 100w 200w 300w 1000w. Đồng thời, chúng tôi cũng có thể cung cấp các giải pháp làm sạch laser tự động tùy chỉnh theo nhu cầu của khách hàng để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng.

Trong quá trình phát triển trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục duy trì nguyên tắc "chất lượng là trên hết, dịch vụ là trên hết", không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ, đồng thời cung cấp cho khách hàng các giải pháp làm sạch bằng laser tốt hơn. Chào mừng khách hàng từ mọi tầng lớp xã hội liên hệ với chúng tôi và cùng nhau tạo ra một tương lai tốt đẹp hơn!