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2008-04-16 18:13:08| 人氣1,658| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

如何為工業CO2雷射選擇合適的鏡片(上) 雷射雕刻機 雷射打標機 YA

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  擁有鏡片特性的知識,結合對有關反射率和偏振標準的了解,可以幫助客戶更好地選擇鏡片。

為了正確地購買工業CO2雷射反射鏡片,您必須了解反射鏡片在您的雷射系統裡是如何工作的。在一個典型的雷射系統裡,可能只有一到兩個透射式光學元件,通常是用來作為雷射槍的輸出鏡和末端的聚焦透鏡。另一方面,在一些高功率CO2雷射系統中,可能會有五個或更多反射式光學元件。反射式光學元件作為尾鏡和反射鏡用於雷射槍內,以及光束傳輸系統中的光束轉向。

選擇了錯誤的反射鏡片會對雷射系統的應用帶來諸多不利原素。雷射功率的降低、光束模式不穩定、光束發散角的增大以及雷射束的熱變形還僅僅是可能產生的問題的一部分。這意味著更低的效率,或者不合格的切割、熱處理或焊接。

在過去的20年裡,可用的反射鏡片鍍膜的數量已急劇增長。雷射系統設計者需要了解這些反射鏡片基底和鍍膜的特性,以便選擇一種反射鏡片,以最低的成本達到預期的雷射能量和偏振特性。

述中,探討CO2雷射反射鏡片主要元件的特性︰基底和薄膜鍍層。同樣,可以看出如何正確的選擇基底和鍍膜,在雷射槍內應用和光束傳輸系統中都是很關鍵的。

關鍵的基本參數
對於高功率雷射系統中反射鏡片基底的選擇基於幾個關鍵原素。設計者必須考慮基底的熱屬性、物理特性及反射鏡片的成本。在過去幾十年間,雷射功率得到了提升,在自然選擇的過程中,候選基底材料的範圍變窄了。那些價格較高特性較差的材料已經讓位給價格較低、屬性較好的材料。

當前,應用最廣的反射鏡片基底材料是矽,其次是銅。比如鉬和鎳金銅這樣的材料,需要他們獨特屬性的時候有時會用來作為反射鏡片使用。透射式材料也會被使用,當設計者需要少量的雷射“池漏”,穿過反射鏡片到達檢測來監測雷射功率。

基本熱屬性對於反射鏡片來說是重要的選擇標準。機械屬性和成本也是設計者在選擇基底材料時要考慮的重要原素。列舉了矽和銅的熱屬性和機械屬性。

反射鏡片鍍膜吸收了雷射使反射鏡片溫度上升。基本必須扮演散熱片的作用,以免使反射鏡片和雷射束發生形變。具有高熱導性的反射鏡片由於吸收降低了熱量。低線性膨脹系數可以確保反射鏡片的形變降到最低。銅的熱導性是矽的2.5倍,但這被他們各自的線性膨脹系數所抵消;銅的膨脹系數是矽的6.5倍。總之,矽的熱穩定性比銅高,從而產生較小的熱變形。

安裝不當引起的表面形變也是光學工程師主要關注的問題。基底材料的物理特性決定了在保證反射鏡片不發生形變時基底必須多濃,以及可以承受多大的安裝壓力。透過比較矽和銅的物理特性顯示,矽在較高楊氏模量上的微弱優勢被其較低的泊松比所抵消。同樣濃度的矽反射鏡片和銅反射鏡片由於安裝壓力所引起的偏差基本一致。

其它的關鍵參數是硬度和質量密度。用作基底的銅是純的、紋理細密和多晶的無氧銅。它很柔軟,有延展性,很難用道統工藝拋光。所以,單點金剛石車削廣泛應用於加工銅反射鏡。在處理和安裝銅反射鏡時需要特別小心,因為它很容易刮傷或變形。最後一點,因為矽原材料更加便宜且易於拋光,成品銅反射鏡片一般比矽反射鏡片要貴。

這樣看起來應該用矽來取代銅,其實銅有勝過矽的地方。因為很容易在銅上鑽孔,所以銅反射鏡通常都會在基底上留有水冷卻和安裝孔,而矽基則不太容易這樣做。同樣,當矽反射鏡片由於膜層上污垢的過度吸收熱量而損壞,所吸收的雷射能量將引起反射鏡片的炸裂或燒毀。這種損壞將導致額外的停產,因為光束傳輸系統和雷射槍的環境需要特別的清潔。而銅,因為其高熱導性和高熔點,從來不產生炸裂或燒毀。

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