01Uvod
Trenutno su razvijeni različiti tipovi sistema za isporuku zraka, koji u suštini vode snop od izvora svjetlosti do područja primjene. U većini slučajeva, izvor svjetlosti koji se koristi je neka vrsta lasera, na primjer, u laserskoj obradi materijala, potrebno je usmjeriti izlaz industrijskog lasera do radnog predmeta tako da bude izložen laseru. U industrijskoj preradi, sistemi za isporuku zraka obično se koriste u kombinaciji s robotskom tehnologijom. Obično se glava za lasersku obradu na robotskoj ruci napaja stacionarnim laserom. Drugi pristup je montiranje dovoljno kompaktnog i robusnog lasera direktno na robotsku ruku kako bi se minimizirala potrebna dužina putanje zraka i maksimizirala mobilnost. Prednost sistema za isporuku zraka je u tome što omogućavaju da se laserski izvor postavi u zaštićeno područje koje se lako održava, a ne u blizini područja primjene. Pored toga, pokretni sistemi za isporuku takođe omogućavaju da se laserski snop pomera preko velike površine bez pomeranja samog teškog lasera. Međutim, za sisteme za isporuku dugih zraka mogu postojati i neki nedostaci, kao što su gubitak optičke snage, ograničenja zbog nelinearnih efekata ili problemi sa širenjem impulsa (za ultrakratke impulse).
02Free-Space Beam Transmission System
Izlazni snop lasera-slobodnog prostora može se voditi pomoću ogledala. Ako se koriste visoko{2}}kvalitetna,-dielektrična ogledala visoke refleksije, mogu se nositi s ekstremno visokim nivoima optičke snage. Čak i kada je potrebno više ogledala, njihova brzina prenosa (procenat izlazne snage prema ulaznoj snazi) može biti vrlo blizu 100%. Dielektrična ogledala su efikasna samo u ograničenom opsegu talasnih dužina. Stoga se takva oprema obično proizvodi za specifične tipove lasera, pogodne za Nd:YAG i Yb:YAG lasere na talasnim dužinama od 1064nm i 1030nm, ali ne radi na talasnim dužinama od 1500nm ili 2000nm. Međutim, ogledala su dostupna na tržištu za širok raspon talasnih dužina, od ultraljubičastog (npr. excimer laseri), do vidljivog opsega (npr.,-udvostručeni Yb:YAG laseri) i do infracrvenog opsega (npr. CO2 laseri). Najjednostavniji sistem prijenosa snopa ima fiksnu putanju snopa, na primjer koji uključuje samo jedan ili dva otklona od 90 stepeni kako bi se prvobitno horizontalna zraka usmjerila prema dolje prema radnom komadu. Cijela putanja snopa je zatvorena u hermetički sistem cijevi, na čijem se kraju nalazi glava za lasersku obradu. Putanja se može mijenjati zamjenom zaptivnih elemenata, ali se ne može mijenjati tokom rada.
Klasično rješenje za prijenos slobodnog-prostornog snopa je zglobni krak ogledala, gdje se pokretna putanja svjetlosti postiže preko ogledala integriranih u zglobnu reflektirajuću ruku. Dizajn spoja osigurava da se pomiče samo kada se primijeni minimalni obrtni moment; u suprotnom, ostaje na poziciji. Težina komponenti može se kompenzirati protutegom, oprugama ili drugim sredstvima, što olakšava podešavanje položaja. Da bi se postiglo glatko kretanje i stabilan položaj zraka, izbjegavajući probleme kao što su drift i vibracije, optomehanički uređaji koji se koriste moraju biti vrlo precizni. Na kraju optičkog sistema za prenos zraka, optički uređaj je obično povezan, kao što su slušalice, fiksna glava za lasersku obradu ili glava za skeniranje. Obično je snop fokusiran na područje primjene, dok u drugim slučajevima osvjetljava veće ciljno područje.
03 Sistem prenosa snopa optičkih vlakana Prenos optičkog snopa je veoma fleksibilan metod za isporuku laserskih zraka. Obično su vlakna koja se koriste za laserski prijenos inkapsulirana u zaštitne optičke kablove koji uključuju vanjski omotač za zaštitu lomljivih vlakana i mogu također integrirati dodatne karakteristike, kao što je ugrađeni- sistem za praćenje kablova koji može otkriti curenje lasera usljed slučajnog oštećenja vlakana u realnom vremenu. Kvarcno vlakno, kao najčešće optičko stakleno vlakno, može isporučiti svjetlosnu energiju s vrlo malim gubitkom prijenosa u određenom rasponu valnih dužina, sa udaljenostima od nekoliko metara ili čak i dalje. Njegov opseg talasnih dužina pokriva skoro{5}}infracrveno područje u kojem radi većina industrijskih lasera. Međutim, evidentna su i ograničenja ovog materijala. U aplikacijama velike{8}}snage, kvarcna vlakna imaju ograničene mogućnosti prijenosa u ultraljubičastom opsegu (kao što su ekscimer laseri) i daleko-infracrvenom opsegu. Tipičan primjer je da za CO₂ laser sa talasnom dužinom od 10600 nm trenutno gotovo da ne postoje zrela vlakna koja bi mogla efikasno prenijeti snop velike{12}}snage, a zglobne ruke su uobičajeno rješenje u ovoj oblasti. Što je veća optička snaga koja se prenosi, to je veći prečnik jezgre vlakna. Ovo je dijelom radi smanjenja gustine snage unutar jezgre kako bi se spriječilo oštećenje, a dijelom radi usklađivanja sa proizvodom parametara većeg snopa (BPP) koji se obično povezuje sa laserskim izvorima velike{15}}e snage. Za efikasno spajanje lasera u vlakno, vlaknu je potreban dovoljno veliki numerički otvor (NA), koji je određen razlikom indeksa prelamanja između jezgre i omotača. Kombinacija velikog prečnika jezgre i visokog NA dovodi do velikog broja vođenih modova, čineći širenje snopa unutar vlakna izuzetno složenim. Čak i ako je ukupni optički gubitak mali, preraspodjela energije između različitih modova često dovodi do smanjenja svjetline snopa, što se obično naziva smanjenim kvalitetom zraka. Izlazi vlakana su obično opremljeni dodatnim optičkim elementima, kao što su glave za obradu ili glave za skeniranje. U suštini, ova glava određuje položaj i smjer snopa, a samo pomicanje vlaknastog kabla ima mali utjecaj na karakteristike zraka. Međutim, savijanje vlakna lako uzrokuje spajanje modova, što mijenja distribuciju snage među modovima vlakana, utječući i na divergenciju snopa od vlakna i na 'centroid' distribucije intenziteta na izlazu vlakna, što potencijalno dovodi do odgovarajućeg pada kvaliteta izlaznog snopa.
