光レーザーレンズ：タイプ、アプリケーション、および作業原則

光レーザーレンズ さまざまなレーザーベースのシステムで極めて重要な役割を果たします。それらは、特定のアプリケーションのためにそれらを焦点を合わせ、コリミング、または形成するかどうかにかかわらず、レーザービームを操作するように設計されています。高精度や高エネルギーレーザービームを処理する能力など、これらのレンズのユニークな特性は、最新のテクノロジーに不可欠なコンポーネントになります。

光レーザーレンズの種類

球面レンズ

特性： 球面レンズは、屈折力とレンズ表面の曲率によって特徴付けられます。レンズが凸であるか凹んでいるかに応じて、それらは光線を収束させるか分岐することができます。たとえば、Plano -Convex球状レンズは中心で厚く、コリメートされたレーザービームをポイントに焦点を合わせることができます。

アプリケーション： これらは、レーザービームの比較的基本的な焦点が必要な単純なレーザー切断やマーキングシステムなど、基本的なレーザー焦点アプリケーションで一般的に使用されています。

非球面レンズ

特性： 非球面レンズは、異常を修正するように設計されています。単色の光では、画像のシャープネスエラーや歪みなどの問題に対処できます。球状のレンズと比較して球状の異常を大幅に減らすことができるため、レーザービームのより正確な焦点が必要な場合によく使用されます。

アプリケーション： 典型的なアプリケーションは、光ファイバにコリメートされたビームをフォーカスすることです。繊維 - 光学通信システムでは、アスファリカルレンズは、レーザー光をファイバーに効率的に結合するのに役立ち、信号の最小限の損失を確保します。

円筒形のレンズ
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特性： 円柱状のレンズは、円形および長方形の形で利用可能で、一方向にラインまたはビーム拡張を作成するように設計されています。 Plano-凹面およびPlano-凸型円筒レンズは、レーザービームの形状を変える可能性があります。たとえば、Plano -Convex円筒形のレンズは、円形レーザービームをライン型ビームに変換できます。

アプリケーション： それらは、バーコードリーダーのレーザースキャンや、特定の方向に切断または彫刻に必要な長く狭いレーザービームが必要ないくつかの材料処理技術など、ラインが型の形状のレーザービームが必要なアプリケーションで広く使用されています。

axiconレンズ

特性： 円錐レンズまたは回転的に対称的なプリズムとしても知られるaxiconレンズは、従来のレンズのような湾曲した表面ではなく、円錐表面を持っています。典型的なaxiconレンズには、凸形状があります。それらは、コリメートされたレーザービームをリングの形状または焦点ラインに変換するために使用されます。

アプリケーション： 特定の種類のレーザーベースの外科的処置などの一部の医療用途では、Axiconレンズを使用して、レーザーエネルギー送達の特定のパターンを作成できます。また、ユニークな光パターンを作成するための科学的研究セットアップでも使用されています。

パウエルレンズ

特性： パウエルレンズは、コリメートされたレーザービームをガウス強度分布とストレートラインに変換するために使用される特殊なレンズです。ガウス強度プロファイルを備えたレーザービームラインを生成する標準的な円筒レンズと比較して、パウエルレンズは、レーザーライン全体にはるかに均一なエネルギー分布を持つレーザーラインを生成します。

アプリケーション： これらは、正確な測定には、非常に均一なラインラインの形状レーザービームが必要なレーザー寸法などの産業用途でよく使用されます。

光レーザーレンズの作業原理

焦点を合わせてコリメートします

フォーカス： レーザービームが平面的凸レンズなどのフォーカスレンズを通過すると、レンズは光線を焦点に向かって曲げます。レンズの焦点距離は、入力レーザービームサイズ、目的のスポットサイズ、必要な焦点深度などの因子によって決定されます。たとえば、レーザー切断機では、レーザービームを小さなスポットに集中させるためにフォーカングレンズを使用して、その時点でエネルギー密度を上げて材料を効果的に切り抜きます。

コリメート： 一方、コリメーションレンズは、ソースから分岐するレーザービームを平行またはコリメートビームに変換するために使用されます。コリメーションレンズの焦点距離は、レーザー分岐角（FWHM-最大半分の全幅）と必要なレーザービーム径に基づいて決定できます。レーザーポインターでは、レーザービームをより長い距離にわたって直線で移動させるために、コリメーションレンズを使用します。

ビームシェーピング

ライン生成： パウエルレンズや円筒形のレンズなどのレーザーラインジェネレーターレンズは、コリメートレーザービームをラインに変換するために使用されます。このプロセスでは、レーザービームを一方向に曲げて、ライン - 型の出力を作成します。たとえば、レーザーベースのレベリングツールでは、ライン - ジェネレーターレンズを使用して、直線レーザーラインを表面に投影します。これは、アライメントの目的で使用できます。

リング生成： Axiconレンズは、リングの形状レーザービームを生成するために使用されます。 Axiconレンズの円錐表面は、レンズからのリングの形状パターンを形成する方法でレーザービームをリダイレクトします。これは、物理学におけるいくつかの光学トラッピング実験など、リング型レーザーエネルギー分布が必要なアプリケーションで役立ちます。

光レーザーレンズのアプリケーション

材料処理

切断と溶接： レーザー切断および溶接アプリケーションでは、光学レーザーレンズを使用して、レーザービームを高いエネルギー密度スポットに焦点を合わせます。多くの場合、CO₂レーザー用の亜鉛セレンド（ZNSE）などの材料で作られた高電力レーザーレンズは、高エネルギーレベルに耐えることができます。たとえば、自動車産業では、レーザーレンズを使用して、高精度で金属部品を切断および溶接します。

マーキングと彫刻： レーザーマーキングと彫刻システムは、レンズを使用して、レーザービームを材料の表面に焦点を合わせます。レンズは、表面のレーザーエネルギーを正確に制御できるようにします。これは、マークまたは彫刻を作成するために使用されます。マークされている材料と目的のマーク品質に応じて、さまざまな種類のレンズを使用できます。

医療アプリケーション

手術： レーザー - 補助外科手術では、レーザービームを正確に指示および焦点を合わせるために、光学レーザーレンズが使用されます。たとえば、眼科手術では、レンズを使用してレーザービームに焦点を合わせて視力の問題を修正します。レンズは、標的組織にレーザーエネルギーを正確に送達するために高品質である必要があります。

診断： 一部の医療診断装置では、レーザーレンズを使用して、レーザーライトを生物学的サンプルに向けます。その後、反射または送信された光を分析して、サンプルに関する情報を取得できます。たとえば、蛍光ベースの診断技術では、レンズを使用して、励起レーザー光をサンプルに焦点を合わせ、放出される蛍光光を集めます。

科学研究

光のトラッピング： 光学トラッピング実験では、Axiconレンズおよびその他の特殊なレンズを使用して、独自のレーザービームパターンを作成します。これらのパターンを使用して、細胞やナノ粒子などの小さな粒子を閉じ込めて操作して、それらの特性を研究することができます。

分光法： レーザーレンズは、分光法セットアップで使用され、レーザービームをサンプルに向け、サンプルによって放出または吸収される光を収集します。ラマン分光法や吸収分光法など、特定の分光技術に応じて、さまざまな種類のレンズが使用されます。

適切な光レーザーレンズの選択

光レーザーレンズを選択するときは、いくつかの要因を考慮する必要があります。

波長互換性

異なるレーザーは、異なる波長で動作します。たとえば、CO₂レーザーは通常10.6μmで動作しますが、ND：YAGレーザーは1.064μmで動作します。レンズ材料とコーティングは、レーザー波長と互換性がある必要があります。たとえば、セレニド亜鉛（ZNSE）で作られたレンズはCO₂レーザーに適していますが、融合シリカで作られたレンズは、目に見えるものと近くの赤外線レーザーによく使用されます。

レーザーパワーとエネルギー

高電力レーザーには、損傷なしに高エネルギーレベルに耐えることができるレンズが必要です。レンズ材料とコーティングには、高いレーザー損傷のしきい値が必要です。高電力レーザー切断アプリケーションでは、長期的で信頼できる操作を確保するために、高い損傷しきい値を持つレンズが不可欠です。

アプリケーション - 特定の要件

フォーカス、コリメーション、ビームシェーピングなどのアプリケーションに応じて、適切なレンズタイプを選択する必要があります。たとえば、測量アプリケーションにライン - 形状のレーザービームが必要な場合、円筒形またはパウエルレンズが正しい選択です。

異なる光レーザーレンズの比較

結論

光学レーザーレンズは、材料加工から医学的および科学的研究まで、幅広い用途で重要なコンポーネントです。それぞれに独自の特性と作業原則を備えたさまざまな種類のレンズは、レーザービームを操作するさまざまな方法を提供します。波長の互換性、レーザー出力、アプリケーション - 特定の要件などの要因を慎重に検討することにより、任意のレーザーベースのシステムで最適な性能を確保するために、適切な光学レーザーレンズを選択できます。テクノロジーが進歩し続けるにつれて、光学レーザーレンズの設計と性能も改善され、将来さらに正確で効率的なレーザーアプリケーションを可能にします。