Comprehensive Guide to Optical Lenses

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:

  1. Standort: Installiert am Boden des Laserkopfes zum Schutz der inneren Linsen vor Verschmutzung oder Beschädigung durch Ablagerungen.

  2. Eigenschaften: Hohe Durchlässigkeit, hitzebeständig und schmutzabweisend.

  3. Gängige Materialien: Quarz, geschmolzenes Silizium.

Fokussierlinsen:

  1. Funktion: Konzentrieren Laserstrahlen in kleine Flecken, um die Energiedichte zu erhöhen, verwendet für Schneiden, Schweißen, Markieren usw.

  2. Häufige Brennweiten: 50 mm, 100 mm usw.

  3. Material: Typischerweise ZnSe (Zinkselenid), ideal für CO₂-Laser bei 10,6 μm.

Kollimationslinsen:

  1. Funktion: Wandeln divergente Laserstrahlen in paralleles Licht um, um sie anschließend zu fokussieren.

  2. 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
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:

  1. Anti-Reflex-Beschichtung (AR): Reduziert Oberflächenreflexionen, verbessert die Lichtdurchlässigkeit. Verfügbar in Einzel- oder Mehrband-Optionen.

  2. Hochreflex-Beschichtung (HR): Reflektiert nahezu alles einfallende Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs.

  3. Strahlteiler-Beschichtung: Teilt das Licht in spezifische Verhältnisse (z. B. 50 % Reflexion + 50 % Transmission).

  4. DLC (Diamond-Like Carbon) Beschichtung: Kratz- und korrosionsbeständig, verwendet für Schutzlinsen.

V. Anwendungsbeispiele für optische Linsen

Anwendungsszenario Erforderliche Linsentypen
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

  1. 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
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:

  • Dünne Materialien: Kurze Brennweite.

  • Dicke Materialien: Lange Brennweite.

  1. Wie wählt man das Material?
    Berücksichtigen Sie die Laserwellenlänge und die Leistungsdichte:

Eigenschaften Empfohlene Anwendungen
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
  1. Leistungsanforderungen für Linsen
    Höhere Laserleistung erfordert bessere Hitzebeständigkeit und höhere Schadensschwellen.

Laserleistungsbereich Empfohlene Linsenkonfiguration
0–1500W Quarzschutzfenster + Standard AR-beschichtete Fokussierlinse
1500W–3000W Hitzebeständiger Quarz + Hochleistung-Fokussierlinse
Über 3000W Premium-Quarz + HR/Anti-Kontaminations-beschichtete Linse
User guide

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