01 Introducere
În prezent, au fost dezvoltate diferite tipuri de sisteme de livrare a fasciculului, care ghidează în esență fasciculul de la sursa de lumină la zona de aplicare. În majoritatea cazurilor, sursa de lumină utilizată este un tip de laser, de exemplu, în procesarea materialului cu laser, este necesar să se ghideze ieșirea unui laser industrial către piesa de prelucrat, astfel încât să fie expusă laserului. În procesarea industrială, sistemele de livrare a fasciculului sunt de obicei utilizate împreună cu tehnologia robotică. De obicei, capul de procesare laser de pe brațul robotizat este alimentat de un laser staționar. O altă abordare este de a monta un laser suficient de compact și robust direct pe brațul robotizat pentru a minimiza lungimea traseului fasciculului necesară și pentru a maximiza mobilitatea. Avantajul sistemelor de livrare a fasciculului este că permit plasarea sursei laser într-o zonă protejată și ușor de întreținut, mai degrabă decât în apropierea zonei de aplicare. În plus, sistemele de livrare mobile permit, de asemenea, deplasarea fasciculului laser pe o suprafață mare fără a deplasa laserul greu în sine. Cu toate acestea, pentru sistemele de livrare cu fascicul lung, pot exista și unele dezavantaje, cum ar fi pierderea de putere optică, limitări datorate efectelor neliniare sau probleme de extindere a impulsurilor (pentru impulsuri ultrascurte).
02-Sistem de transmisie cu fascicul spațial gratuit
Fasciculul de-spațiu liber de ieșire al unui laser poate fi ghidat folosind oglinzi. Dacă sunt utilizate oglinzi dielectrice de-înaltă calitate,-reflectivitate ridicată, pot fi gestionate niveluri de putere optică extrem de ridicate. Chiar și atunci când sunt necesare mai multe oglinzi, rata lor de transmisie (procentul dintre puterea de ieșire și puterea de intrare) poate fi foarte aproape de 100%. Oglinzile dielectrice sunt eficiente numai într-un interval limitat de lungimi de undă. Prin urmare, un astfel de echipament este de obicei fabricat pentru tipuri specifice de lasere, potrivite pentru laserele Nd:YAG și Yb:YAG la lungimi de undă de 1064nm și 1030nm, dar nu pot fi operate la lungimi de undă de 1500nm sau 2000nm. Cu toate acestea, oglinzile sunt disponibile pe piață pentru o gamă largă de lungimi de undă, de la ultraviolete (de exemplu, lasere cu excimer), până la domeniul vizibil (de exemplu, lasere cu frecvență-dublată Yb:YAG) și până la domeniul infraroșu (de exemplu, lasere cu CO2). Cel mai simplu sistem de transmisie a fasciculului are o cale fixă a fasciculului, de exemplu implicând doar una sau două deviații de 90 de grade pentru a direcționa fasciculul orizontal inițial în jos spre piesa de prelucrat. Întreaga cale a fasciculului este închisă într-un sistem de conducte etanș, la capătul căruia se află capul de procesare laser. Calea poate fi modificată prin înlocuirea elementelor de etanșare, dar nu poate fi modificată în timpul funcționării.
O soluție clasică de transmisie-spațială liberă este brațul oglinzii cu balamale, unde o cale mobilă a luminii este realizată prin intermediul oglinzilor integrate în brațul reflectorizant cu balamale. Designul articulației asigură că se mișcă numai atunci când se aplică un cuplu minim; în caz contrar, rămâne pe poziție. Greutatea componentelor poate fi compensată prin contragreutăți, arcuri sau alte mijloace, facilitând reglarea poziției. Pentru a obține o mișcare lină și o poziție stabilă a fasciculului, evitând probleme precum deriva și vibrațiile, dispozitivele optomecanice utilizate trebuie să fie foarte precise. La sfârșitul sistemului optic de transmisie a fasciculului, un dispozitiv optic este de obicei conectat, cum ar fi un set cu cască, un cap de procesare laser fix sau un cap de scanare. De obicei, fasciculul este focalizat pe zona de aplicare, în timp ce în alte cazuri luminează o zonă țintă mai mare.
03 Sistemul de transmitere a fasciculului cu fibră optică Transmisia prin fibră optică este o metodă extrem de flexibilă pentru livrarea fasciculelor laser. De obicei, fibrele utilizate pentru transmisia laser sunt încapsulate în cabluri optice de protecție care includ o manta exterioară pentru a proteja fibrele fragile și pot integra, de asemenea, caracteristici suplimentare, cum ar fi un sistem de monitorizare a cablurilor-încorporat care poate detecta scurgerile laser din cauza deteriorării accidentale a fibrelor în timp real. Fibra de cuarț, ca cea mai obișnuită fibră de sticlă optică, poate furniza energie luminoasă cu pierderi de transmisie foarte reduse pe un interval specific de lungimi de undă, cu distanțe de transmisie de câțiva metri sau chiar mai mult. Gama de lungimi de undă acoperă regiunea aproape-infraroșului în care funcționează majoritatea laserelor industriale. Cu toate acestea, limitările acestui material sunt, de asemenea, evidente. În aplicațiile cu putere mare-, fibrele de cuarț au capacități de transmisie limitate în domeniul ultraviolet (cum ar fi laserele cu excimeri) și în domeniul infraroșu-departat. Un exemplu tipic este că, pentru un laser CO₂ cu o lungime de undă de 10600 nm, în prezent nu există aproape nicio fibre mature capabile să transmită eficient fasciculul său de mare-putere, iar brațele articulate sunt o soluție frecvent utilizată în acest domeniu. Cu cât puterea optică de transmisă este mai mare, cu atât diametrul miezului fibrei trebuie să fie mai mare. Acest lucru este parțial pentru a reduce densitatea de putere în interiorul miezului pentru a preveni deteriorarea și parțial pentru a se potrivi cu produsul mai mare al parametrilor fasciculului (BPP) asociat în mod obișnuit cu sursele laser de-putere mare. Pentru a cupla eficient laserul în fibră, fibra are nevoie de o deschidere numerică (NA) suficient de mare, care este determinată de diferența de indice de refracție dintre miez și placare. Combinația dintre un diametru mare al miezului și un NA ridicat duce la un număr mare de moduri ghidate, ceea ce face ca propagarea fasciculului în interiorul fibrei să fie extrem de complexă. Chiar dacă pierderea optică globală este mică, redistribuirea energiei între diferite moduri duce adesea la scăderea luminozității fasciculului, denumită în mod obișnuit calitate redusă a fasciculului. Ieșirile de fibră sunt de obicei echipate cu elemente optice suplimentare, cum ar fi capete de procesare sau capete de scanare. În esență, acest cap determină poziția și direcția fasciculului, iar simpla mișcare a cablului de fibră are un impact redus asupra caracteristicilor fasciculului. Cu toate acestea, îndoirea fibrei cauzează cu ușurință cuplarea modului, care modifică distribuția puterii între modurile de fibră, afectând atât divergența fasciculului de la fibră, cât și „centroidul” distribuției intensității la ieșirea fibrei, conducând potențial la o scădere corespunzătoare a calității fasciculului de ieșire.
