Quantity of laser beam Nd:YAG with expander beam

“Nghiên cứu thiết kế hệ mở rộng chùm tia và hệ thấu kính hội tụ trong và ngoài buồng

cộng hưởng.”

VIỆN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆTRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER

SEMINAR KHOA HỌC THÁNG 05/2015

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2015

Mục đích:

Thiết kế cấu trúc hệ quang học laser Nd:YAG tốt nhất trong gia công vật liệu, hội tụ chùm tia laser tốt nhất, khả năng tạo được mật độ năng lượng cao nhất trên bàn tọa độ, vết hội tụ nhỏ và đối xứng đáp ứng được quá trình gia công

I. Các tác nhân trong buồng cộng hưởng, mở rộng chùm tia và những ưu điểm

II. Các hệ mở rộng chùm tia

III. Thiết kế buồng cộng hưởng với hệ mở rộng chùm tia

IV. Hệ thấu kính hội tụ và những tác dụngV. Kết quả và thảo luận

- Chế độ hoạt động đa mode của chùm bức xạ laser Nd:YAG họa ba bậc hai

- Sự mất mát năng lượng do không chuẩn trực của chùm tia laser- Chưa tối ưu về đường kính vết laser hội tụ và phân bố mật độ năng lượng không đối xứng

I. Các tác nhân trong buồng cộng hưởng, mở rộng chùm tia và những ưu điểm

Tiêu cự thay đổi với chùm laser không sử dụng hệ mở rộng chùm tia

Sử dụng hệ mở rộng chùm tia

'

1

4f

fdd

II. Các hệ mở rộng chùm tiaHệ mở rộng chùm tia với thiết kế của Kepler

Hệ mở rộng chùm tia với thiết kế của Galileo

' 'out inl ff

inout ffL ''

II. Các hệ mở rộng chùm tiaII. 1. Hệ mở rộng chùm tia Galileo

½ eo chùm tia mới sau khi đi qua thấu kính M3 Góc phân kỳ của chùm tia sau khi đi qua thấu kính M3Sau khi chùm tia đi qua thấu kính

M4 , tỉ số chuẩn trực chùm tia là T (T1 = f4/f3.) Bán kính eo chùm tia

và góc phân kỳ:

Sự phụ thuốc của bán kính eo chùm tia vào tiêu cự các thấu kính (tỷ số mở rộng chùm tia) lT 1

"

III. Thiết kế buồng cộng hưởng với hệ mở rộng chùm tia

Vỏ sau

Vỏ trước

Ray cố định

Mặt phẳng cố định

Laser đỏGương

sauQ-SwitchModule laserMở rộng chùm

tia

Lựa chọn hệ số mở rộng chùm tia phụ thuộc vào đường kính gương trước và đường kính thấu kính hội tụGương trước: Ø20mm, Ø22m, (phản xạ cao)HR@532nm, phản xạ 70% bước sóng 1064nm laser Nd:YAG

Thấu kính: bước sóng 532 nm, đường kính 25.4mm, chiều dài tiêu cự 50.8mm hoặc 75mm

Expander (bộ gian chùm tia): dùng cho bước sóng 532nm, input CA(mm) 10mm, output CA 20mm, coating 532nm, hệ số giãn chùm 2X

IV. Hệ thấu kính hội tụ và những tác dụng Đầu laser gia công

vật liệu

Thấu kính hội tụ

Chùm tia hội tụ

Chùm tia laser

phù hợp với bước sóng laser

làm tăng mật độ công suất và đạt được vết hội tụ nhỏ nhất

Thanh hoạt chất laser

Chùm tia laser

Thấu kính hội tụ

Sợi quang

Đường kính lõi sợi quang 100 – 1000µm

IV. Hệ thấu kính hội tụ và những tác dụngThấu kính hội tụ đơn

Phân bố năng lượng chùm tia trước khi đi vào thấu kính hội tụ

Tỷ số giữa đường kính chùm tia và đường kính thấu kính 2a/D Nếu tỷ số này gần bằng 1

Phân bố dạng Airy

Nếu như tỷ số này bằng ½, hoặc nhỏ hơn aS e 2/27.1

fSe Phân bố chùm tia không phải là Gaussian lý tưởng

nRRntRRnf 2121 /11111

IV. Hệ thấu kính hội tụ và những tác dụngThấu kính hội tụ đơn

Thấu kính hội tụ dạng LensmakersHệ hội tụ chùm tia sử dụng

hai thấu kính hội tụ:

2121 /111 ffdfff

Hệ hội tụ chùm tia sử dụng hai thấu kính hội tụ

11 12

21

ntnRRnnRRf

dfffff

21

21

tffTff

j

iH

i

i

1

2

Kích thước vết mờ tăng

IV. Hệ thấu kính hội tụ và những tác dụngảnh hưởng của nhiệt độ lên chiều

dài tiêu cự thấu kính

iLi

ii N

dtdNT

1/

HTtff Thấu kính đơn

Hệ hai thấu kính

tfT

fTfff H

B

B

A

A

V. Kết quả và thảo luậnHệ mở rộng chùm tia: hệ mở rộng chùm tia theo cấu trúc Galileo Dùng cho bước sóng 532nm, input CA(mm)

10mm, output CA 20mm, coating 532nm, hệ số giãn chùm 2X

Thấu kính hội tụ

Chùm laser sau khi đi ra hệ mở rộng chùm tia có cấu trúc và phân bố năng lượng chùm tia tương đối trực chuẩn theo dạng Gaussian, năng lượng được tập trung gần tới 90%.

Bước sóng 532 nm, đường kính 25.4mm, chiều dài tiêu cự 50.8mm hoặc 75mm (FL-532-D25.4-F50.8 or F75), fused silicaHệ hội tụ chùm tia được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ 20oC là tốt nhất, vết hội tụ nhỏ nhất, tập trung được mật độ công suất lớn nhất.

Thank you for attention!