激光加工用光学系统

在激光加工中,数光器输出的激光经过导光系统、聚焦系统或匀光系统等光学系统,照射到被加工工件上,以满足加工的要求;根据加工的不同要求,选择相应的激光波长,输出功率、运转形式(连续或脉冲)、激光模式等,所需的数光元器件也不同,合理选择激光光学元件和光学系统是保证加工质量的重要因素。

透射型光学元件

激光器的输出镜、聚焦系统的透镜、光路中的棱镜等均为透射型光学元件。用于透射型光学元件的材料应在工作波段有良好的透过率。在激光加工常用激光器中,CO₂激光器输出波长为10.6μm的红外线,不能透过普通光学玻璃,一般情况输出功率也很高。因此。需要特殊的输出窗口和透射光学元件材料:Nd:YAG激光器输出波长为1.06μm的红外线,可以采用普通光学玻璃作为输出窗口和透射光学元件材料,采用最多的材料是硅酸理冕牌玻璃,其透光波段为0.4~1.4μm.被广泛用来制作透镜,反射镜,棱镜等。

常用的CO₂激光透射材料有三种半导体材料:锗(Ge.对10.6μm技长的折射率n=4),砷化(GaAs.对10.5μm波长的折射率n=3.277)和通化锌(ZnSc.对10.6μm技长的折射率n=2.4),前两者对可见光不透明,后者对可见光的黄光和红光部分透明,用话化锌制作输出窗口时,可用复景激光器的红光作为准直光来调光路,锗在超过35以上时吸收事和透过率将发生明显变化。这将严重影响到数光器的输出功率和稳定性,因此,销材料只能用子小功率教光器,并且安口还需水冷,神化像的热破坏温主最高,适用于高功率数光器:绝大多数材料的吸收率随温度的开高而增大,半导体材料对红外线约吸收主要是自由载流子吸收。吸收随温度上升按指数规律增工。

材料吸收红外线后产生热量,半导体内自由载流子受热产生活动又增加了对汇外线的吸收,如此循环,当温度升到破坏需值时,至口或活镜等丢射元件名产生热破坏。由于西化锌不仅对可见光透射,而且吸收率最长,因此,我国的高次率CO₂重光器多采用晒化锌制作窗口和聚焦透录,也可以采用氯化钾(KCI)或氯化务(NaCI)作为CO,煮光器的透射材料。

它们属于减金属类红外材料,吸收率很低,对10.6μm技长的折射率方1.5.折射率温度系数为负值,由热琦变引起的热透镜效应很小,对可见光透明,但其线胀系数大,热导率小,机械强度低,易潮解。

无论是Nd:YAG激光器采用音通光学表璃作为输出至口和透封光学元件材料,还是CO₂激光器采用错、砷化银、酒化锌作为输出图口和透封光学元件材料,材料本身的透过率均不能满足要求,必须在两个表面我介质膜或金属膜。

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