Giới thiệu hệ thống thấu kính laser trong máy cắt laser fiber

Laser sợi quang là loại laser thể rắn sử dụng thiết kế nguyên khối để có hiệu suất cao, đầu ra chế độ đơn và chất lượng chùm tia cao. Ánh sáng laser sợi quang được tạo ra bởi các ngân hàng điốt, nơi ánh sáng được truyền và khuếch đại qua cáp quang theo cách tương tự như được sử dụng để truyền dữ liệu. Tia laser được dẫn hướng bên trong lõi sợi quang, và vì độ dài tương tác của nó rất lớn nên nó có độ khuếch đại rất cao. Khi ánh sáng khuếch đại ra khỏi cáp quang, nó được làm thẳng (chuẩn trực) và sau đó được thấu kính hội tụ vào vật liệu cần cắt. Việc sử dụng laser sợi quang trong ngành công nghiệp gia công kim loại cho các ứng dụng cắt đang ngày càng trở nên phổ biến do những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ laser khác. Laser sợi quang thực hiện công việc tuyệt vời khi cắt các kim loại mỏng hơn 3 mm (0,12 in). Thời gian xử lý kim loại mỏng nhanh hơn so với laser CO2 với chất lượng cạnh tương đương.

Cụm quang học đầu ra của hệ thống phân phối chùm sợi quang thường bao gồm thấu kính chuẩn trực, thấu kính hội tụ và cửa sổ bảo vệ. Các thấu kính quang học có trong đầu cắt laser sợi quang được làm bằng silica nung chảy và được phủ đặc biệt để giảm thiểu sự hấp thụ và tối đa hóa sự truyền của chùm tia laser có bước sóng 1064nm lên tấm kim loại.

Ống kính chuẩn trực(Collimating Lens):

Thấu kính chuẩn trực thu nhận đầu ra phân kỳ cao từ sợi quang và tạo ra chùm tia song song (chuẩn trực) với độ phân kỳ giảm cho phép khoảng cách lan truyền vừa phải.

Thông thường cần phải biến đổi công suất ánh sáng từ sợi quang thành chùm chuẩn trực trong không gian tự do. Về nguyên tắc, một thấu kính chuẩn trực đơn giản (xem Hình 1) là đủ cho mục đích đó. Tuy nhiên, đầu sợi quang phải được cố định chắc chắn ở khoảng cách gần thấu kính với độ dài tiêu cự. Trong thực tế, người ta thường thực hiện việc này bằng thiết bị chuẩn trực sợi quang (fiber-optical collimator) rất tiện lợi. Có hai loại thiết bị cơ bản khác nhau, khác nhau về cách gắn kết sợi quang:

Một số có thể được gắn trực tiếp vào sợi trần. Đây là giải pháp rẻ nhất và nhỏ gọn nhất, nhưng một ống chuẩn trực sợi như vậy ít nhiều được gắn vĩnh viễn với sợi quang.

Các bộ chuẩn trực sợi quang khác có giao diện cơ học với đầu nối sợi quang, ví dụ: thuộc loại FC hoặc SMA; chúng không được sử dụng với các sợi trần. Người ta có thể dễ dàng gắn và tháo một ống chuẩn trực như vậy khỏi một sợi quang được kết nối.

Loại thiết bị tương tự cũng có thể được sử dụng để phóng ánh sáng từ chùm chuẩn trực vào sợi quang, hoặc để ghép sợi quang: ánh sáng từ sợi quang đầu tiên được chuẩn trực bằng một bộ chuẩn trực sợi và sau đó hội tụ vào sợi thứ hai bởi một bộ chuẩn trực khác . Về cơ bản, đầu nối sợi quang có thể được coi là giao diện tự nhiên giữa sợi quang và quang không gian tự do.

Focusing Lens (Ống kính lấy nét):

Tương tự như các hệ thống laser khác cho các ứng dụng gia công kim loại, vai trò chính của thấu kính hội tụ là tập trung năng lượng của đầu ra chùm tia laser để phát hiện ở một khoảng cách cụ thể (độ dài tiêu cự) – tùy thuộc vào ứng dụng. Độ dài tiêu cự – được xác định bằng bán kính cong của thấu kính – là đặc điểm quan trọng nhất của thấu kính hội tụ. Thấu kính đầu tiên (thấu kính chuẩn trực – L1) lấy chùm tia phân kỳ nhanh chóng từ lối ra Sợi và làm thẳng, hoặc chuẩn trực, nó. Ống kính này nên được đặt ở khoảng cách chính xác bằng tiêu cự của nó từ mặt thoát ra của sợi quang. Nếu điều này không được thực hiện, chùm tia sẽ không được chuẩn trực và quy ước hình ảnh được mô tả dưới đây là vô hiệu. Thấu kính thứ hai (thấu kính hội tụ – L2) hoạt động như một vật kính và hội tụ chùm tia để tạo ra hình ảnh của mặt sợi