Hvorfor bruke en topphatt/flat topp laserstråle?

De fleste laserstråler er gaussiske, men i noen tilfeller kan det være fordelaktig å ha en ikke-gaussisk bestrålingsprofil. Den symmetriske bestrålingsfordelingen til en gaussisk stråle avtar når avstanden fra midten av laserstråletverrsnittet øker. Flat-top- eller top-hat-stråler har en konstant irradiansfordeling over tverrsnittet av laserstrålen (Figur 1). Noen applikasjoner som drar nytte av konstant intensitet over et gitt område inkluderer behandling av halvlederskiver, ikke-lineær frekvenskonvertering ved høye effektnivåer og materialbehandling. Flattop-bjelker gir vanligvis mer nøyaktige og forutsigbare resultater, for eksempel skarpere kutt og skarpere kanter, enn Gauss-bjelker, men de kommer med ekstra systemkompleksitet og kostnad.

Figur 1: Gaussiske stråler sløser energi gjennom både overflødig energi høyere enn terskelen som kreves for applikasjonen og energi lavere enn terskelen i de ytre delene av gaussstrålen. Topphatte/flat toppbjelker er mer effektive ved at de overgår terskelen samtidig som de minimerer bortkastet energi.

 

 

Gaussiske bjelker
Enkeltmoduslasere av høy kvalitet produserer en lavordens gaussisk irradiansfordeling, TEM00-modus. En gaussisk stråle med samme gjennomsnittlige optiske effekt som en laserstråle med topphatt/flat topp har dobbelt så høy energitetthet som en topphatt/flat topp laserstråle (figur 2). Den gaussiske strålen forblir konstant under transformasjon; Derfor, når strålen forplanter seg gjennom systemet, forblir stråleprofilen gaussisk fordelt selv om strålestørrelsen endres. Dette er fordi fouriertransformasjonen til en gaussisk funksjon er en annen gaussisk funksjon. Lys gjennomgår en Fourier-transformasjon ved å forplante seg til det uendelige eller ved å fokusere gjennom en perfekt linse. For å lære mer om lasermoduser som TEM00 kan du gå til notat om laserresonatormodus.

Figur 2: Gaussiske og flate toppstråler med samme optiske effekt, som viser at toppintensiteten til den Gaussiske strålen er dobbelt så stor som den flate toppstrålen.

Gaussiske lasere er mer vanlige og kostnadseffektive enn andre lasere, men de har flere ulemper, for eksempel deres "vinger" eller lavintensitetsområder som strekker seg fra det brukbare midten av strålen. Hvis intensiteten til vingene til en gaussisk stråle er under terskelen som kreves for applikasjonen, resulterer dette vanligvis i bortkastet energi (Figur 1). De forårsaker også skade på området rundt og utvider den varmepåvirkede sonen, noe som kan være skadelig for applikasjoner som laserkirurgi og prosessering av presisjonsmaterialer. Kutting eller forming av fine egenskaper med en gaussisk bjelke resulterer i mindre presisjon enn med en topphatt/flat toppbjelke på grunn av den større varmepåvirkede sonen til bjelken, noe som gjør topphatt/flat toppbjelke til et bedre valg for slike bruksområder.

 

 

topphatt/Flat toppbjelker

En måte å evaluere hvor nær en ekte bjelke er en ideell flat toppbjelke er ved flathetsfaktoren (F_η). Dette bestemmes ved å dele den gjennomsnittlige innstrålingsverdien med den maksimale innstrålingsverdien som beskrevet.

 

Fη=Gjennomsnittlig innstråling / maksimal innstråling

 

Fraværet av vinger og brattere kantoverganger i topphatt/flate toppbjelker gir mer effektiv energioverføring og redusert varmepåvirket sone. Dette er fordelaktig for et bredt spekter av bruksområder hvor høy nøyaktighet og minimalisering av skader på området rundt er en prioritet. I metrologiapplikasjoner som laserindusert skadeterskel (LIDT)-testing, reduserer den ensartede og veldefinerte profilen til en topphatt/flat toppstråle måleusikkerhet og statistisk varians.

 

Bjelker med topphatt/flat topp er ikke like kostnadseffektive som gaussiske bjelker fordi det kreves en ekstra stråleformingskomponent for å konvertere laserutgangen til en topphatt/flat toppstråle (Figur 3). Denne stråleformingskomponenten kan bygges inn i laserkilden eller plasseres utenfor laseren. Disse ekstra stråleformerne er følsomme for xy-justering og avhenger av inngående strålediameter. Laserstrålen med topphatt/flat topp forblir ikke konstant under transformasjon. Derfor er bjelkeprofilen til den innfallende topphatt/flat toppbjelke ikke naturlig bevart ettersom bjelken forplanter seg. Fourier-transformasjonen av topphatt/flat topp-funksjonen er en Airy spot-funksjon, som betyr at topphatten/flat toppbjelken til slutt vil utvikle seg til en Airy spot.

Figur 3: Animasjon av en stråleprofil som konverterer mellom en gaussfordeling og en flat toppfordeling.

 

 

Bruken av laserstråler med høye eller flate hatter gir en rekke fordeler for en rekke industrielle og vitenskapelige bruksområder. Med sin jevne energifordeling og evne til å redusere termisk linse og punktstørrelse, kan denne typen stråle bidra til å forbedre presisjonen, konsistensen og effektiviteten til mange forskjellige laserprosesser.

 

SDQY Laser er en laserrensemaskinfabrikk med teknisk styrke. Vi har et profesjonelt FoU-team for å gi kundene høykvalitets, høyytelses laserrenseutstyr, inkludert 200w, 300w, 500w topphatt/flat-top bjelker og 100w 200w 300w 1000w gaussisk stråle laserrensemaskiner. Samtidig kan vi også tilby skreddersydde automatiske laserrenseløsninger i henhold til kundenes behov for å møte de ulike behovene til kundene.

I den fremtidige utviklingen vil vi fortsette å opprettholde prinsippet om "kvalitet først, service først", kontinuerlig forbedre kvaliteten på produkter og tjenester, og gi kundene bedre laserrenseløsninger. Velkommen kunder fra alle samfunnslag til å kontakte oss og skape en bedre fremtid sammen!