• 商品名稱: 定制的金剛石車削光學元件

 

大多數光學元件都具有旋轉對稱性。它們在現有應用領域中得到了最廣泛的使用。不過,與傳統的旋轉對稱型光學元件相比,擁有非旋轉對稱結構的光學元件有著多種優勢。

這樣的例子包括:雙錐透鏡和反射鏡,它們將兩個表面半徑組合在單基材上;多刻面透鏡和反射鏡,它們將多個平面表面組合在單基材上;還有光學陣列(反射式和透射式),它們將多個彎曲表面組合在單基材上。其他非旋轉對稱型光學元件還有:長工作距離離軸拋物面、環焦拋物面和屋脊分光鏡。


雙錐透鏡

 

 

雙錐透鏡在同一表面上有兩個不同的半徑。根據不同的應用領域以及是否需要消除象差,可以制作由球面或非球面分別構成的雙錐透鏡。雙錐透鏡用來生成橢圓形或線性聚焦。這些透鏡還可以用在校形擴束鏡中,用來降低激光光束的象散。許多波導型激光器都會產生象散光束,而大多數激光應用中需要的都是對稱的高斯光束,因此必須對象散光束進行校正。

 

 

在校形擴束鏡和橢圓聚焦透鏡中常用的一種光學元件是柱面體透鏡。對于擴束鏡應用以及某些聚焦應用,必須使用兩個柱面鏡,但這使得光路校直變得較為困難。雙錐透鏡可以減少這一應用中使用的部件數量,更重要的是,它能減少校直工作帶來的麻煩。

 

  • 光功率可被集中于一個平面上。
     
  • 易于校直。通過機械加工,可以保證曲線的垂直性。
     
  • 可以用于校形擴束鏡。
     
  • 作為聚焦透鏡,它將生成橢圓形的光斑。
     
  • 它的曲面可以是球型或橢球型的。
 

雙錐反射鏡


 

在許多應用中,球面反射鏡、柱面體反射鏡和拋物面反射鏡能幫助整形激光光束。雙錐反射鏡(或是更常被稱作環形反射鏡)可以將兩個單獨的光學元件合二為一。

 

 

雙錐反射鏡在同一表面上有兩個不同的半徑。根據不同的應用領域以及是否需要消除象差,可以分別制作具有球面或非球面曲面的雙錐反射鏡。經過合理設計的雙錐反射鏡可以代替普通的 90°折反鏡來重新準直擁有較長傳輸路徑的激光光束。

 

  • 光功率可被集中于一個平面上。
     
  • 可對曲面進行設計,使之在 45º 入射角下產生衍射極限聚焦。
     
  • 可以用于校形光擴束鏡。
     
  • 作為一個 0º 入射角下的聚焦反射鏡,它將生成橢圓形的光斑。
     
  • 它的曲面可以是球型或橢球型的
 Biconic Mirror

透射式光束積分鏡

 

 

透射光束積分鏡可以用在那些需要寬光束和要求光束平頂分布的應用中。多刻面積分鏡能對大功率光束進行聚焦形成平頂分布的寬光束,光束的大小和形狀與某個單獨的刻面相同。在過去,要制作透射型多刻面積分鏡是一件極其困難的事。而如今則可以用先進的金剛石切削技術制作此類透鏡了。雖然多刻面積分鏡透鏡采用的基底材料主要是硒化鋅,但也可以在鍺或其他任何可用金剛石切削的材料上制作這些表面。

 

 

對于多刻面反射鏡而言,多刻面透鏡是一個很好的替代品。透鏡表面可以采用幾乎任何形式和形狀的刻面。實計中,機械加工的刻面尺寸是有限制的,刻面大小一般為 2 至 8 mm,最大可加工鏡面坯件直徑為 100 mm。

 

  • 透射式光束積分鏡能產生相對均勻的平頂光斑。
     
  • 經過集成的光束可以是正方形或矩形。
     
  • 經過聚焦的光斑尺寸較大(大于或等于 2 mm),適用于焊接和熱處理。
     
  • 激光光束的集成度將取決于它們的非相干性。
     
  • 最適用于相干性較差的激光光束。
 Faceted Lens

反射式光束積分鏡

 

 

反射式光束積分鏡被廣泛運用于大功率激光器領域,以實現焊接、覆層和熱處理等應用。多刻面積分反射鏡會對大功率光束進行聚焦,形成一條相對平頂分布的光束,其大小和形狀與某個單獨的刻面類似。在過去,反射式積分鏡光學元件的制造方法是,先單獨制作多個多刻面反射鏡,然后把它們在帶曲率的基材上排列起來。而如今則可以用先進的金剛石切削技術直接制作多刻面積分鏡鏡面了。再也不需要在基材上排列刻面這一繁瑣耗時的工作,這也使得反射鏡能夠利用直接水冷的優勢。

 

 

反射鏡的表面可以使用幾乎所有形狀的刻面。實際中,機械加工刻面的尺寸是有限制的,在最大直徑為 75 mm的鏡面坯件上, 易于實現的刻面大小一般為 2 至 8 mm。積分鏡最適用于相干性較差的激光光束。

 

  • 反射式光束積分鏡能產生平頂分布的光斑。
     
  • 經過集成的光束可以是正方形、矩形或圓形。
     
  • 反射鏡為銅制, 適用于大功率激光器。
     
  • 經過聚焦的光束尺寸較大(大于或等于 2 mm),適用于焊接和熱處理。
     
  • 激光束的集成度與它們的非相干性密切相關。
     
  • 最適用于相干性較差的激光光束。
 

聚焦平頂雙透鏡

 

 

貳陸公司設計了一種形狀簡單的透鏡用于將光束由高斯模式轉換為平頂強度分布模式。

在不同的光束模式間轉換往往是一個困難的過程。有多種產品可以用于解決這一問題,包括衍射透鏡、特殊光束積分鏡、非球面透鏡組和位相板。由于有多種設計可供選擇,因此最好使用其中最簡單的一種。貳陸公司的非球面式是最簡單的設計之一。

 

 

如果要在焦點處把高斯光束轉換為平頂光束,應采用的方法在某種程度上是由所需的聚焦光束大小決定的。如果要產生較大的光斑,您有必要使用多刻面光束積分鏡。不過,如果您需要對激光光束進行聚焦,使之具有平頂強度的 100µm的光斑,那么您有必要借助于更復雜的非球面光學元件,或利用衍射。貳陸公司是使用一個簡單的非球面結構實現這一點的。根據焦距,可以將其制成單透鏡或雙透鏡。

 

  • 焦距大于或等于 25 mm。
     
  • 組件可以由一個或兩個透鏡組成,這是由所需的光斑大小決定的。
     
  • 要求使用高斯輸入光束,且該光束的 M2 值應小于1.1,以取得最佳的效果。
     
  • 可用于鉆孔和材料加工。
 

長工作距離離軸拋物面

 

 

過去,離軸拋物面反射鏡的工作距離 (WD) 會受到兩軸金剛石機床的回轉直徑的限制。如今,利用慢刀伺服技術,貳陸公司可以輕松制造出具有任意轉角的長工作距離拋物面。

 

 

具有標準工作距離和長工作距離的兩種離軸拋物面反射鏡都是由銅制基材制成的,銅制基材可以是傾斜或平坦的,它能承受極高的激光能量,并能應用在工業環境中。這些反射鏡在適當安裝和校直之后,將提供衍射限聚焦。銅制反射鏡也可帶有涂層,能提供更好的反射能力。

 

 

貳陸公司設計的拋物面反射鏡可以通過 90°(標準)角或其他任意角度對激光光束進行反射和聚焦。根據客戶要求,我們可以提供定制的設計功能,如水冷和非標準安裝配置。

 

  • 其工作距離超過了兩軸機床的標準加工能力所能提供的水準。
     
  • 具有優秀的表面面型精度(< 0.5µm)。
     
  • 具有優秀的表面粗糙度(< 0.6 nm)。
     
  • 可達 250 mm 的大直徑光學元件。
 

光學陣列

 

 

某些光學系統要求將多個光學元件精確地安放成一個陣列。在過去,這些光學元件會被分別制造并安裝到同一個基材上,這會使定位和校直變得極為困難。而現在,貳陸公司先進的金剛石切削技術,使得直接在基材上加工單片光學陣列成為可能,這一過程還運用了貳陸公司的快刀伺服技術。常用的基材材料包括硒化鋅和鍺,常用的金屬有銅和鋁。

 

 

這種光學設計的一種常見應用方式是采用多個具有相同焦距的小透鏡組成聚焦透鏡陣列。不過,在同一個基材上不一定只制作具有相同焦距的小透鏡。個別的元件可能有不同的焦距,包括凹形和凸形元件。透鏡和反射鏡也可以被組合在一起。

 

 

單片光學陣列為設計人員增加了一種工具以制造復雜的用在高級應用領域的小型光學元件。

 

  • 單片光學陣列提供獨特的精簡型光學解決方案。
     
  • 陣列單元透鏡的加工較為簡單,它們可以提供多焦點陣列。
     
  • 透鏡、反射鏡或其他光學元件可以組合在同一個基材上。
 

環焦離軸拋物面

 

 

環焦離軸拋物面是一個光學元件,它同時具有 90°拋物面聚焦反射鏡和軸錐體聚焦光學元件的特性。一般來說,帶有圓錐項的硒化鋅透鏡可以用來形成一個環焦。環焦離軸拋物面避免了使用透射光學元件,它將軸錐體與離軸拋物面反射鏡的功能合為一體。如此形成的幾何結構是一個自由的表面,是由貳陸公司運用慢刀伺服技術制作的。

 

 

這一方法將使工作距離、焦環直徑和偏轉角設計靈活。在大功率應用中,可以采用直接冷卻的銅制基材設計。

 

  • 用一個光學元件發揮兩個光學元件的作用。
     
  • 可用于大功率激光系統中。
     
  • 是用標準離軸基材制成的。
     
  • 具有優秀的 RMS 粗糙度(< 6nm)
     
  • 設計簡單,可在焦點處產生所需的焦環直徑。
 

屋脊分光鏡

 

 

如果要將激光光束分為兩條分離的光束,常常會使用棱鏡和透射分光鏡這兩種光學元件。在處理可見波長和紅外波長光時常會使用這些器件。如果紅外波長(1 至 10.6 µm)激光的功率極大,大多數棱鏡和分光鏡就派不上用場了,因為它們會受到熱透鏡現象的不利影響。若CO2 激光器的連續功率水平 > 500 W,則這種現象更為嚴重。對于這樣大的功率,可以使用金屬屋脊棱鏡。

 

 

屋脊分光鏡由銅制成,采用直接水冷。它可以在激光器功率高于 6 kW 的場合下使用。90° 的屋脊反射鏡會將光束分成兩條方向呈180°角的相反方向的工作光束。利用一些簡單的反射鏡,可以把這些光束用在焊接和熱處理中。

 

 

屋脊反射鏡是用單基材加上兩個經過精確校直的反射鏡制成的。每個反射鏡面都是通過高速切削形成其面型,并完成拋光的。在必要時,可將每個反射鏡鏡面的夾角誤差控制在10 弧秒之內。

 

 

  • 用來將極大功率的紅外激光光束分成兩條工作光束。
     
  • 反射鏡由銅或鋁制成。
     
  • 鋁制反射鏡可以采取直接水冷的方式,用于激光功率極大的場合(> 5.0 kW)。
 

渦形透鏡

 

 

渦形透鏡的獨特之處在于,它在曲面上加工螺旋式的階梯結構。這種螺旋式結構可控制透射光束的相位。當在透鏡的曲面刻有螺旋式的階梯,它們可以產生一條中央沒有能量聚焦光束。也就是說,渦形透鏡產生了一個環焦。這條聚焦光束的另一個特性是,在傳播過程中其相位將發生螺旋狀變化,因此,該透鏡有時也被稱為螺旋透鏡。

 

 

在過去,這種透鏡是用衍射元件制成的。現在使用金剛石切削技術,我們可以精確地直接制作出一個能生成環焦的螺旋階梯或渦形透鏡。

 

 

任何可進行金剛石切削的材料均可用來制作渦形透鏡。適用于波長為 10.6µm的光束的材料包括硒化鋅和鍺。您還可以將這種表面放置在由銅或鋁等材料制成的反射鏡上。

 

  • 提供一個獨特的光學表面,用來生成螺旋相位聚焦光束。
     
  • 聚焦點的螺旋相位將生成環形模式的光束。
     
  • 可以用在各種環焦應用中。
 
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