I. Grundlagen: Was sind optische Linsen?
Optische Linsen sind Komponenten, die die Richtung der Lichtausbreitung durch Brechung oder Reflexion verändern.
Hauptfunktionen:
Fokussierung, Kollimation, Strahlenerweiterung, Strahlreduktion, Abbildung und Schutz.
Häufige Grundformen:
a. Konvexe Linse:
Dick in der Mitte und dünn an den Rändern, wodurch das Licht zur Mitte hin konvergiert (Fokussierung auf einen Brennpunkt).
b. Konkave Linse:
Dünn in der Mitte und dick an den Rändern, wodurch das Licht auseinanderläuft (Verbreitung von der Mitte aus).
II. Häufige Arten von optischen Linsen in der Laserindustrie
Schutzfenster:
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Standort: Installiert am Boden des Laserkopfes zum Schutz der inneren Linsen vor Verschmutzung oder Beschädigung durch Ablagerungen.
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Eigenschaften: Hohe Durchlässigkeit, hitzebeständig und schmutzabweisend.
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Gängige Materialien: Quarz, geschmolzenes Silizium.
Fokussierlinsen:
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Funktion: Konzentrieren Laserstrahlen in kleine Flecken, um die Energiedichte zu erhöhen, verwendet für Schneiden, Schweißen, Markieren usw.
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Häufige Brennweiten: 50 mm, 100 mm usw.
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Material: Typischerweise ZnSe (Zinkselenid), ideal für CO₂-Laser bei 10,6 μm.
Kollimationslinsen:
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Funktion: Wandeln divergente Laserstrahlen in paralleles Licht um, um sie anschließend zu fokussieren.
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Anwendungen: Faserlaser und Laserköpfe.
Strahlenerweiterer:
Funktion: Vergrößern den Durchmesser des Laserstrahls bei gleichzeitiger Reduzierung des Divergenzwinkels und verbessern die Bearbeitungsqualität.
III. Vergleich der Materialien für optische Linsen
Material | Eigenschaften | Häufige Anwendungen |
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Quarz | Hohe Durchlässigkeit, hitzebeständig, korrosionsbeständig | Schutzfenster, Scanning-Spiegel |
Geschmolzenes Silizium | Ultra-niedrige thermische Ausdehnung, hohe Reinheit | Hochleistungslaser, ultrafast Laser |
K9-Glas | Geringe Kosten, einfach zu verarbeiten, aber schlechte Hitzebeständigkeit | Allgemeine Abbildungslinsen, Messgeräte |
ZnSe (Zinkselenid) | Hohe Durchlässigkeit für CO₂-Laser (10,6 μm), zerbrechlich, giftig | CO₂-Laserschneiden, CO₂-Lasermarkierung |
Saphir | Extreme Härte, kratzfest | Hochwertige Fenster, Schutzabdeckungen |
IV. Arten von Beschichtungen für optische Linsen
Optische Linsen sind häufig mit speziellen Beschichtungen versehen, um die Leistung zu verbessern:
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Anti-Reflex-Beschichtung (AR): Reduziert Oberflächenreflexionen, verbessert die Lichtdurchlässigkeit. Verfügbar in Einzel- oder Mehrband-Optionen.
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Hochreflex-Beschichtung (HR): Reflektiert nahezu alles einfallende Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs.
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Strahlteiler-Beschichtung: Teilt das Licht in spezifische Verhältnisse (z. B. 50 % Reflexion + 50 % Transmission).
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DLC (Diamond-Like Carbon) Beschichtung: Kratz- und korrosionsbeständig, verwendet für Schutzlinsen.
V. Anwendungsbeispiele für optische Linsen
Anwendungsszenario | Erforderliche Linsentypen |
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Laserschneidemaschinen | Fokussierlinsen, Schutzfenster, Kollimationslinsen |
Handheld-Laser-Schweißer | Fokussierlinsen, Schutzfenster |
Lasermarkiermaschinen | Strahlenerweiterer, Fokussierlinsen, Feldlinsen |
Medizinische Laser (z. B. Dermatologie) | Fokussierlinsen, Schutzfenster |
Mikroskope, Teleskope, Kameralinsen | Konvexe/Konkave Linsen, sphärische Linsen |
VI. Auswahlleitfaden für optische Linsen
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Wie wählt man die Brennweite?
Die Brennweite bestimmt die Fähigkeit einer Linse, Laserstrahlen zu fokussieren, was sich auf die Punktgröße und die Bearbeitungstiefe auswirkt.
Brennweite | Eigenschaften | Empfohlene Anwendungen |
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Kurz (50mm, 75mm) | Schnelles Fokussieren, kleine Punktgröße, hohe Energiedichte | Dünne Bleche schneiden, präzises Schweißen |
Mittel (100mm, 125mm) | Ausgewogenheit zwischen Geschwindigkeit und Schneidetiefe | Mittelstarkes Material |
Lang (150mm, 200mm) | Tiefere Fokussierung, geeignet für tiefe Penetration | Dicke Platten schneiden, tiefes Schweißen |
Einfache Regel:
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Dünne Materialien: Kurze Brennweite.
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Dicke Materialien: Lange Brennweite.
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Wie wählt man das Material?
Berücksichtigen Sie die Laserwellenlänge und die Leistungsdichte:
Eigenschaften | Empfohlene Anwendungen |
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Quarz | 1064 nm (Faserlaser) |
ZnSe | 10,6 μm (CO₂-Laser) |
Saphir | 1064 nm & sichtbares Licht |
Geschmolzenes Silizium | 266 nm/355 nm (UV), 532 nm (grün), 1064 nm |
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Leistungsanforderungen für Linsen
Höhere Laserleistung erfordert bessere Hitzebeständigkeit und höhere Schadensschwellen.
Laserleistungsbereich | Empfohlene Linsenkonfiguration |
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0–1500W | Quarzschutzfenster + Standard AR-beschichtete Fokussierlinse |
1500W–3000W | Hitzebeständiger Quarz + Hochleistung-Fokussierlinse |
Über 3000W | Premium-Quarz + HR/Anti-Kontaminations-beschichtete Linse |