• 商品名称: 定制的金刚石车削乐天堂元件

 

大多数乐天堂元件都具有旋转对称性。它们在现有应用领域中得到了最广泛的使用。不过,与传统的旋转对称型乐天堂元件相比,拥有非旋转对称结构的乐天堂元件有着多种优势。

这样的例子包括:双锥透镜和反射镜,它们将两个表面半径组合在单基材上;多刻面透镜和反射镜,它们将多个平面表面组合在单基材上;还有乐天堂阵列(反射式和透射式),它们将多个弯曲表面组合在单基材上。其他非旋转对称型乐天堂元件还有:长工作距离离轴抛物面、环焦抛物面和屋脊分光镜。


双锥透镜

 

 

双锥透镜在同一表面上有两个不同的半径。根据不同的应用领域以及是否需要消除象差,可以制作由球面或非球面分别构成的双锥透镜。双锥透镜用来生成椭圆形或线性聚焦。这些透镜还可以用在校形扩束镜中,用来降低激光光束的象散。许多波导型激光器都会产生象散光束,而大多数激光应用中需要的都是对称的高斯光束,因此必须对象散光束进行校正。

 

 

在校形扩束镜和椭圆聚焦透镜中常用的一种乐天堂元件是柱面体透镜。对于扩束镜应用以及某些聚焦应用,必须使用两个柱面镜,但这使得光路校直变得较为困难。双锥透镜可以减少这一应用中使用的部件数量,更重要的是,它能减少校直工作带来的麻烦。

 

  • 光功率可被集中于一个平面上。
     
  • 易于校直。通过机械加工,可以保证曲线的垂直性。
     
  • 可以用于校形扩束镜。
     
  • 作为聚焦透镜,它将生成椭圆形的光斑。
     
  • 它的曲面可以是球型或椭球型的。
 

双锥反射镜


 

在许多应用中,球面反射镜、柱面体反射镜和抛物面反射镜能帮助整形激光光束。双锥反射镜(或是更常被称作环形反射镜)可以将两个单独的乐天堂元件合二为一。

 

 

双锥反射镜在同一表面上有两个不同的半径。根据不同的应用领域以及是否需要消除象差,可以分别制作具有球面或非球面曲面的双锥反射镜。经过合理设计的双锥反射镜可以代替普通的 90°折反镜来重新准直拥有较长传输路径的激光光束。

 

  • 光功率可被集中于一个平面上。
     
  • 可对曲面进行设计,使之在 45º 入射角下产生衍射极限聚焦。
     
  • 可以用于校形光扩束镜。
     
  • 作为一个 0º 入射角下的聚焦反射镜,它将生成椭圆形的光斑。
     
  • 它的曲面可以是球型或椭球型的
 Biconic Mirror

透射式光束积分镜

 

 

透射光束积分镜可以用在那些需要宽光束和要求光束平顶分布的应用中。多刻面积分镜能对大功率光束进行聚焦形成平顶分布的宽光束,光束的大小和形状与某个单独的刻面相同。在过去,要制作透射型多刻面积分镜是一件极其困难的事。而如今则可以用先进的金刚石切削技术制作此类透镜了。虽然多刻面积分镜透镜采用的基底材料主要是硒化锌,但也可以在锗或其他任何可用金刚石切削的材料上制作这些表面。

 

 

对于多刻面反射镜而言,多刻面透镜是一个很好的替代品。透镜表面可以采用几乎任何形式和形状的刻面。实计中,机械加工的刻面尺寸是有限制的,刻面大小一般为 2 至 8 mm,最大可加工镜面坯件直径为 100 mm。

 

  • 透射式光束积分镜能产生相对均匀的平顶光斑。
     
  • 经过集成的光束可以是正方形或矩形。
     
  • 经过聚焦的光斑尺寸较大(大于或等于 2 mm),适用于焊接和热处理。
     
  • 激光光束的集成度将取决于它们的非相干性。
     
  • 最适用于相干性较差的激光光束。
 Faceted Lens

反射式光束积分镜

 

 

反射式光束积分镜被广泛运用于大功率激光器领域,以实现焊接、覆层和热处理等应用。多刻面积分反射镜会对大功率光束进行聚焦,形成一条相对平顶分布的光束,其大小和形状与某个单独的刻面类似。在过去,反射式积分镜乐天堂元件的制造方法是,先单独制作多个多刻面反射镜,然后把它们在带曲率的基材上排列起来。而如今则可以用先进的金刚石切削技术直接制作多刻面积分镜镜面了。再也不需要在基材上排列刻面这一繁琐耗时的工作,这也使得反射镜能够利用直接水冷的优势。

 

 

反射镜的表面可以使用几乎所有形状的刻面。实际中,机械加工刻面的尺寸是有限制的,在最大直径为 75 mm的镜面坯件上, 易于实现的刻面大小一般为 2 至 8 mm。积分镜最适用于相干性较差的激光光束。

 

  • 反射式光束积分镜能产生平顶分布的光斑。
     
  • 经过集成的光束可以是正方形、矩形或圆形。
     
  • 反射镜为铜制, 适用于大功率激光器。
     
  • 经过聚焦的光束尺寸较大(大于或等于 2 mm),适用于焊接和热处理。
     
  • 激光束的集成度与它们的非相干性密切相关。
     
  • 最适用于相干性较差的激光光束。
 

聚焦平顶双透镜

 

 

乐天堂公司设计了一种形状简单的透镜用于将光束由高斯模式转换为平顶强度分布模式。

在不同的光束模式间转换往往是一个困难的过程。有多种产品可以用于解决这一问题,包括衍射透镜、特殊光束积分镜、非球面透镜组和位相板。由于有多种设计可供选择,因此最好使用其中最简单的一种。乐天堂公司的非球面式是最简单的设计之一。

 

 

如果要在焦点处把高斯光束转换为平顶光束,应采用的方法在某种程度上是由所需的聚焦光束大小决定的。如果要产生较大的光斑,您有必要使用多刻面光束积分镜。不过,如果您需要对激光光束进行聚焦,使之具有平顶强度的 100µm的光斑,那么您有必要借助于更复杂的非球面乐天堂元件,或利用衍射。乐天堂公司是使用一个简单的非球面结构实现这一点的。根据焦距,可以将其制成单透镜或双透镜。

 

  • 焦距大于或等于 25 mm。
     
  • 组件可以由一个或两个透镜组成,这是由所需的光斑大小决定的。
     
  • 要求使用高斯输入光束,且该光束的 M2 值应小于1.1,以取得最佳的效果。
     
  • 可用于钻孔和材料加工。
 

长工作距离离轴抛物面

 

 

过去,离轴抛物面反射镜的工作距离 (WD) 会受到两轴金刚石机床的回转直径的限制。如今,利用慢刀伺服技术,乐天堂公司可以轻松制造出具有任意转角的长工作距离抛物面。

 

 

具有标准工作距离和长工作距离的两种离轴抛物面反射镜都是由铜制基材制成的,铜制基材可以是倾斜或平坦的,它能承受极高的激光能量,并能应用在工业环境中。这些反射镜在适当安装和校直之后,将提供衍射限聚焦。铜制反射镜也可带有涂层,能提供更好的反射能力。

 

 

乐天堂公司设计的抛物面反射镜可以通过 90°(标准)角或其他任意角度对激光光束进行反射和聚焦。根据客户要求,我们可以提供定制的设计功能,如水冷和非标准安装配置。

 

  • 其工作距离超过了两轴机床的标准加工能力所能提供的水准。
     
  • 具有优秀的表面面型精度(< 0.5µm)。
     
  • 具有优秀的表面粗糙度(< 0.6 nm)。
     
  • 可达 250 mm 的大直径乐天堂元件。
 

乐天堂阵列

 

 

某些乐天堂系统要求将多个乐天堂元件精确地安放成一个阵列。在过去,这些乐天堂元件会被分别制造并安装到同一个基材上,这会使定位和校直变得极为困难。而现在,乐天堂公司先进的金刚石切削技术,使得直接在基材上加工单片乐天堂阵列成为可能,这一过程还运用了乐天堂公司的快刀伺服技术。常用的基材材料包括硒化锌和锗,常用的金属有铜和铝。

 

 

这种乐天堂设计的一种常见应用方式是采用多个具有相同焦距的小透镜组成聚焦透镜阵列。不过,在同一个基材上不一定只制作具有相同焦距的小透镜。个别的元件可能有不同的焦距,包括凹形和凸形元件。透镜和反射镜也可以被组合在一起。

 

 

单片乐天堂阵列为设计人员增加了一种工具以制造复杂的用在高级应用领域的小型乐天堂元件。

 

  • 单片乐天堂阵列提供独特的精简型乐天堂解决方案。
     
  • 阵列单元透镜的加工较为简单,它们可以提供多焦点阵列。
     
  • 透镜、反射镜或其他乐天堂元件可以组合在同一个基材上。
 

环焦离轴抛物面

 

 

环焦离轴抛物面是一个乐天堂元件,它同时具有 90°抛物面聚焦反射镜和轴锥体聚焦乐天堂元件的特性。一般来说,带有圆锥项的硒化锌透镜可以用来形成一个环焦。环焦离轴抛物面避免了使用透射乐天堂元件,它将轴锥体与离轴抛物面反射镜的功能合为一体。如此形成的几何结构是一个自由的表面,是由乐天堂公司运用慢刀伺服技术制作的。

 

 

这一方法将使工作距离、焦环直径和偏转角设计灵活。在大功率应用中,可以采用直接冷却的铜制基材设计。

 

  • 用一个乐天堂元件发挥两个乐天堂元件的作用。
     
  • 可用于大功率激光系统中。
     
  • 是用标准离轴基材制成的。
     
  • 具有优秀的 RMS 粗糙度(< 6nm)
     
  • 设计简单,可在焦点处产生所需的焦环直径。
 

屋脊分光镜

 

 

如果要将激光光束分为两条分离的光束,常常会使用棱镜和透射分光镜这两种乐天堂元件。在处理可见波长和红外波长光时常会使用这些器件。如果红外波长(1 至 10.6 µm)激光的功率极大,大多数棱镜和分光镜就派不上用场了,因为它们会受到热透镜现象的不利影响。若CO2 激光器的连续功率水平 > 500 W,则这种现象更为严重。对于这样大的功率,可以使用金属屋脊棱镜。

 

 

屋脊分光镜由铜制成,采用直接水冷。它可以在激光器功率高于 6 kW 的场合下使用。90° 的屋脊反射镜会将光束分成两条方向呈180°角的相反方向的工作光束。利用一些简单的反射镜,可以把这些光束用在焊接和热处理中。

 

 

屋脊反射镜是用单基材加上两个经过精确校直的反射镜制成的。每个反射镜面都是通过高速切削形成其面型,并完成抛光的。在必要时,可将每个反射镜镜面的夹角误差控制在10 弧秒之内。

 

 

  • 用来将极大功率的乐天堂光束分成两条工作光束。
     
  • 反射镜由铜或铝制成。
     
  • 铝制反射镜可以采取直接水冷的方式,用于激光功率极大的场合(> 5.0 kW)。
 

涡形透镜

 

 

涡形透镜的独特之处在于,它在曲面上加工螺旋式的阶梯结构。这种螺旋式结构可控制透射光束的相位。当在透镜的曲面刻有螺旋式的阶梯,它们可以产生一条中央没有能量聚焦光束。也就是说,涡形透镜产生了一个环焦。这条聚焦光束的另一个特性是,在传播过程中其相位将发生螺旋状变化,因此,该透镜有时也被称为螺旋透镜。

 

 

在过去,这种透镜是用衍射元件制成的。现在使用金刚石切削技术,我们可以精确地直接制作出一个能生成环焦的螺旋阶梯或涡形透镜。

 

 

任何可进行金刚石切削的材料均可用来制作涡形透镜。适用于波长为 10.6µm的光束的材料包括硒化锌和锗。您还可以将这种表面放置在由铜或铝等材料制成的反射镜上。

 

  • 提供一个独特的乐天堂表面,用来生成螺旋相位聚焦光束。
     
  • 聚焦点的螺旋相位将生成环形模式的光束。
     
  • 可以用在各种环焦应用中。
 
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