Soczewki kolimacyjne przeznaczone są do punktowych źródeł światła, a tak zwane punktowe źródła światła, które coraz częściej spotykamy w życiu, to: główki zapałek, staromodne żarówki do latarek i lasery wychodzące z energetycznych włókien optycznych.
W naszej branży laserów przemysłowych, gdy mówimy o zwierciadłach kolimacyjnych, zasadniczo mówimy o świetle lasera wychodzącym ze światłowodu przenoszącego energię. Światło wychodzące ze światłowodu jest punktowym źródłem światła o kącie rozbieżności (θ). Generalnie można sprawdzić ten parametr.
Jeśli umieścimy to punktowe źródło światła w ognisku soczewki kolimacyjnej światłowodu, wiemy, że: światło emitowane z ogniska zwierciadła skupiającego (soczewka kolimacyjna faktycznie wykorzystuje zwierciadło skupiające w odwrotnej kolejności), po przejściu przez soczewkę skupiającą , staje się stało się światłem równoległym.
Wiele osób pyta mnie jaka jest średnica wiązki, która wychodzi po przejściu przez określoną soczewkę kolimacyjną. Dzisiaj jestem tutaj, aby dać ci odpowiedź, którą jest 2F*tag (1/2*θ). Jeśli kąt rozbieżności wynosi 10 stopni i F=150mm, wówczas średnica wiązki wychodzącej z kolimatora wynosi =2*150*tag(5 stopni)=26.2466mm.
Wzór ten ma znaczenie referencyjne przy doborze galwanometrów do spawarek wykorzystujących transmisję światłowodową. Ludzie pracujący w branży maszyn do cięcia włókien chcą wiedzieć, jak kontynuować dyskusję na ten temat.
Po przejściu przez soczewkę kolimacyjną włókna laser wchodzi w soczewkę ogniskującą maszyny do cięcia włókien. Zgodnie z teorią ogniskowa soczewki kolimacyjnej ÷ ogniskowa soczewki skupiającej=stosunek gęstości energii po ogniskowaniu do gęstości poprzedniej.
Przykładowo: ogniskowa soczewki kolimacyjnej wynosi 75mm, ogniskowa soczewki skupiającej wynosi 150mm, 75÷150=1/2, czyli obszar skupionej plamki świetlnej po przejściu przez ogniskowanie soczewka jest dwukrotnie większa niż powierzchnia punktowego źródła światła, które właśnie wyszło ze światłowodu. , gęstość energii wynosi 1/2 oryginału.
Niektórzy pytają, dlaczego musimy zmniejszać gęstość energii?
Czy nie lepiej skoncentrować gęstość energii? Jest tu kilka powodów:
Pierwszy:Jeśli ogniskowa soczewki skupiającej jest krótsza, głębokość ogniskowej soczewki skupiającej będzie mniejsza. Płytka głębia ogniskowej łatwo doprowadzi do niemożności głębokiego cięcia.
Drugi:im krótsza ogniskowa, tym mniejszy punkt ostrości i mniejszy szew tnący. Mały szew nie sprzyja opadaniu pociętego żużla, co skutkuje brakiem możliwości przecięcia.
Dlatego też zazwyczaj staramy się używać ogniskowej w zakresie 120-150 mm jako soczewki skupiającej w maszynie do cięcia włókien.
Poza tym, dlaczego nie używamy obiektywów kolimacyjnych o długiej ogniskowej? Są dwa powody:
Pierwszy:Stosowanie kolimatora światłowodowego o długiej ogniskowej wymaga większej średnicy obiektywu, co utrudnia konstrukcję mechaniczną;
Drugi:Użycie światłowodowej soczewki kolimacyjnej o długiej ogniskowej spowoduje, że będzie ona bardzo wrażliwa na punkt skupienia maszyny do cięcia włókien podczas ustawiania ostrości. Gdy odejdzie nieco od ostrości soczewki skupiającej, wystąpi zjawisko niemożności przebicia się.
Dlatego też nasze ogólne maszyny do cięcia włókien optycznych skupiają się zazwyczaj na zakresie 60-100 mm. Następnie porozmawiajmy o ekspanderach wiązki. Ekspandery wiązek pełnią również funkcję kolimacyjną, przy czym ekspandery wiązek służą do wiązek świetlnych (wiązek o określonym kącie rozbieżności).
Światło z wielu laserów dostępnych na naszym rynku to wiązka, np.: szklane rurki CO2, lampy CO2 o częstotliwości radiowej, lasery YAG pompowane lampą, lasery z laserów światłowodowych z QBH, lasery pompowane na końcu 355nm 532nm 1064nm itp.,
Światło z tych laserów to wszystkie wiązki i nie są one światłem ściśle równoległym (kiedy jakość wiązki M2 lasera wynosi 1, światło tego lasera nie ma kąta rozbieżności, ale może to być tylko stan idealny, w nie istnieją w prawdziwym życiu. Generalnie współczynnik M2 laserów dostępnych na rynku może osiągnąć 1,2, co jest już bardzo dobrym wynikiem).
Następnie porozmawiamy o tym, dlaczego ekspander wiązki może odgrywać rolę kolimacyjną. Każdy wie, że ekspander wiązki może rozszerzyć wiązkę. W ujęciu profesjonalnym polega to na zwiększeniu promienia talii wiązki, a promień talii wiązki i kąt rozbieżności lasera mają stałą wartość. W miarę zwiększania się promienia pasa wiązki (tj. rozszerzania się wiązki) kąt rozbieżności maleje (w celu uzyskania efektu kolimacji).
Nasuwa się wniosek, że po przejściu przez N-krotny ekspander wiązki kąt rozbieżności wiązki laserowej zmniejsza się do jednego N-krotnego kąta pierwotnego. Przykładowo po przejściu przez ekspander wiązki 4x kąt rozbieżności zmniejsza się do 1/4 pierwotnej. Dlatego staramy się stosować ekspander wiązki o większym powiększeniu (pod warunkiem, że wielkość wiązki po przejściu przez ekspander wiązki nie przekracza wielkości plamki galwanometru).
Ekspander wiązki obejmuje: ekspander wiązki CO2, ekspander wiązki 532 nm, ekspander wiązki 355 nm, ekspander wiązki 1064 nm, ekspander wiązki 650 nm, wielokrotności to: 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 30 50 100 i tak dalej.
Soczewka kolimacyjna obejmuje: soczewkę kolimacyjną do spawarki światłowodowej (ogniskowa 100 120 150 180mm); soczewka kolimacyjna do maszyny do cięcia włókien: soczewka kolimacyjna o średnicy 30f100 (połączenie dwuczęściowe), soczewka kolimacyjna o średnicy 28f60 (połączenie dwuczęściowe), soczewka kolimacyjna o średnicy 25,4F75 (połączenie dwuczęściowe) i tak dalej.
