Обрабатывающая головка LBTEK Bessel – пример применения

1. Резка стекла

Луч Бесселя представляет собой недифрагированный луч, обычно создаваемый аксиконовой линзой. Он имеет характеристики большой фокусной глубины и небольшого сфокусированного пятна и может достигать большой глубины резания. Поэтому его часто используют для обработки прозрачных и хрупких материалов. например, стекло, керамика и сапфир. Являясь модулем формирования луча Бесселя для лазерной обработки, обрабатывающая головка Бесселя обеспечивает режущий эффект с небольшими сколами по краям, без конусности, небольшой площадью термического воздействия и применима к более широкому диапазону толщин материалов, что позволяет достичь лучших результатов. качество.

Влияние обрабатывающей головки Бесселя на резку стекла

Обрабатывающая головка LBTEK Bessel - техническое описание

I. Обзор

LBTEK Bessel Processing Head (BPH) — оптический модуль, используемый на терминале системы лазерной обработки. Он состоит из преломляющих и дифракционных оптических элементов, интегрированных в металлическую механическую втулку. Световое поле проходит через аконическую линзу. Эффект управления и Эффект формирования луча бителецентрической оптической системы позволяет генерировать луч Бесселя, отвечающий требованиям лазерной обработки.

Обрабатывающая головка LBTEK Bessel подходит для одномодовых лазеров; в ее оптических компонентах используются подложки с высоким коэффициентом пропускания, которые имеют высокий уровень использования энергии; компактная модульная структура легко интегрируется и имеет хорошие характеристики для различных систем лазерной обработки. адаптируемость; благодаря уникальной оптике конструкция позволяет добиться очень малых аберраций; размер центрального лепестка выходного светового пятна составляет <Ø2 мкм, что позволяет добиться небольших сколов по краям и небольшого теплового воздействия в диапазоне глубины 0,2–12 мм (включая настройку) Региональный, конусный -эффект свободной резки.

2. Внешний вид продукта

Обрабатывающая головка Бесселя LBTEK состоит из преломляющих и дифракционных оптических элементов, интегрированных в металлическую механическую втулку - дифракционный оптический элемент представляет собой плоскую конусную линзу, используемую для генерации луча Бесселя; преломляющий оптический элемент представляет собой две линзы Би-телецентрическая оптическая система используется для формирования пучка Бесселя. Падающий конец оснащен волновой пластиной λ/4, которая фиксируется на вращающейся регулировочной стойке. Путем поворота волновой пластины на соответствующий угол (сделав направление поляризации падающего поляризованного гауссова света параллельным выгравированной линии на вращающейся регулировочный стенд), возможно изготовление падающего света. Поляризованный свет преобразуется в левополяризованный свет с круговой поляризацией, чтобы впоследствии генерировать луч Бесселя с эллиптичностью >43%. Размер выходного конца обрабатывающей головки составляет полдюйма или 1 дюйм.

Рисунок 1. Внешний вид и конструкция обрабатывающей головки Бесселя (на примере БПХ-1064-6-1)

3. Оптические свойства

1. Описание параметра

Ключевыми компонентами обрабатывающей головки Бесселя LBTEK являются пластинчато-конусная линза и бителецентрическая оптическая система: первая служит преобразователем луча Бесселя, преобразуя гауссов свет определенного состояния поляризации в недифрагировавший луч Бесселя, а вторая Модулируйте угол отклонения луча Бесселя, уменьшите диаметр его центрального главного лепестка и расстояние недифракционной передачи (т. е. фокальную глубину воздуха) , создайте высоко сфокусированный луч, увеличьте пиковую энергию луча, улучшите эффективность преобразования энергии и увеличьте эффективность преобразования энергии в определенной степени.Рабочее расстояние увеличивается, что делает его пригодным для обработки на определенных рабочих расстояниях и в то же время создает условия для обработки более толстых материалов . Параметры, требующие внимания, часто включают в себя:

• Диаметр падающего луча D ( @1/e² ), угол отклонения θ (полуугол) плоскоконической линзы. Диаметр падающего луча D и угол отклонения θ плоской конической линзы определяют недифракционное расстояние Z _max1 и угол отклонения θ ₁ исходного луча Бесселя (подробности см. на странице технического описания плоской конической линзы ) 

• Коэффициент уменьшения пучка m бителецентрической оптической системы. Коэффициент уменьшения луча m бителецентрической оптической системы определяет бездифракционное расстояние конечного луча Бесселя (т. е. воздушную фокальную глубину обрабатывающей головки Бесселя) Z max2. Этот параметр влияет на глубину резания обрабатывающей головки Бесселя, а также на глубину резания обрабатывающей головки _{Бесселя} ; Определяется угол отклонения θ 2 и его соотношение, в частности, следующее:

• Размер центрального пятна D' ( @FWHM ) выходящего луча Бесселя и рабочее расстояние d. Плотность энергии луча в диапазоне размера выходного центра пятна D' выше порога абляции материала, что позволяет достичь абляции материала. Поэтому диаметр режущего микроотверстия на поверхности подложки зависит от диаметр центрального главного лепестка D' луча Бесселя, в частности:

Среди них k=2π/λ — волновое число. Таким образом, путем рационального проектирования диаметра падающего луча D , угла отклонения θ плоскоконусной линзы и коэффициента уменьшения луча m бителецентрической оптической системы размер центрального пятна D' и недифракционное расстояние передачи Z _max2 можно определить следующим образом : Получены отвечающие требованиям обработки луч Сирла.

Рисунок 2. Диаграмма параметров обрабатывающей головки Бесселя.

2. Этапы использования

Шаги по установке и использованию обрабатывающей головки Бесселя следующие:

• Проверьте, соответствует ли луч источника света требованиям к падающему свету обрабатывающей головки Бесселя, в основном включая длину волны (1064 нм), распределение энергии (распределение Гаусса), размер пятна (@1 /e^2), сходимость или расхождение луча (требования) . коллимация), является ли луч прямым или нет (обеспечьте нормальное падение);
• После того, как источник света попадет на обрабатывающую головку Бесселя, необходимо убедиться, что вся система центрирована и параллельна оптической оси, чтобы избежать эксцентриситета. Методы регулировки включают в себя: регулировку x, y влево и вправо, отклонение влево и вправо, регулировку отклонения шага.

На рисунке ниже показано распределение энергии излучаемого света в дальнем поле в эксцентрическом и неэксцентрическом состояниях соответственно. Когда распределение энергии перекошено влево (энергия слева выше, чем энергия справа), можно переместить обрабатывающую головку Бесселя влево или источник света вправо; когда распределение энергии перекошено в сторону справа ( энергия справа выше, чем энергия слева ), вы можете переместить головку обработки Безье вправо или источник света влево.

Выравнивание Отклонение влево Отклонение вправо

Рисунок 3. Распределение энергии света, излучаемого обрабатывающей головкой Бесселя, в дальней зоне при эксцентричном и неэксцентричном падении.

• Убедитесь, что направление поляризации источника гауссова света параллельно выгравированному направлению волновой пластины на падающем конце обрабатывающей головки, чтобы гарантировать, что луч света, падающий на пластинчатую конусную линзу, имеет левостороннюю круговую поляризацию. В частности, вы можете выполнить следующий процесс:

На волновой пластине на падающем конце обрабатывающей головки Бесселя имеется выгравированная линия.Когда направление поляризации падающего гауссова линейно поляризованного света параллельно выгравированной линии, это может гарантировать, что свет, падающий на пластинчато-конусную линзу, Это левосторонний свет с круговой поляризацией, не создающий дифрагированного луча Бесселя. Однако при фактическом использовании направление поляризации падающего света невозможно наблюдать напрямую, и трудно подтвердить, что направление поляризации параллельно выгравированной линии. Поэтому судить о том, качественный ли луч Бесселя получается, рекомендуется, наблюдая за формой выходящего света.

Вращая вращающееся крепление с установленной волновой пластиной λ/4, можно наблюдать, что распределение энергии луча на расстоянии 200 мм представляет собой три различных состояния: выходной свет представляет собой двойное кольцевое распределение энергии; только выходной свет имеет более широкую внутреннюю часть двойного кольца, в исходящем свете остается только более тонкое внешнее кольцо двойного кольца. Когда распределение энергии исходящего света соответствует третьей ситуации, упомянутой выше, падающий поляризованный свет преобразуется волновой пластинкой в ​​левоциркулярно поляризованный свет, а через пластинчато-конусную линзу генерируется правоциркулярно поляризованный луч Бесселя.

Состояниями поляризации луча после прохождения через волновую пластинку λ/4 являются: эллиптическая поляризация, правая круговая поляризация и левая круговая поляризация.

Рисунок 4. Распределение энергии света, излучаемого обрабатывающей головкой Бесселя, в дальней зоне при различных состояниях поляризации падающего света.