I. Основи: Що таке оптичні лінзи ?
Оптичні лінзи – це компоненти, які змінюють напрямок поширення світла шляхом заломлення або відбиття.
Основні функції:
Фокусування, колімація, розширення променя, зменшення променя, візуалізація та захист.
Поширені основні форми:
a.Опукла лінза:
Товстий у центрі та тонкий по краях, що призводить до зближення світла (фокусування у фокальній точці).
b.Ввігнута лінза:
Тонкі в центрі та товсті по краях, що призводить до розбіжності світла (розповсюдження від центру назовні).
II. Common Types of Optical Lenses in the Laser Industry
Protective Windows:
1.Location: Installed at the bottom of the laser head to shield internal lenses from contamination or damage by debris.
2.Features: High transmittance, heat-resistant, and dirt-resistant.
3. Загальні матеріали: кварц, плавлений кремнезем.
1. Функція: Концентрація лазерних променів у невеликих плямах для збільшення щільності енергії, що використовується для різання, зварювання, маркування тощо.
2. Поширені фокусні відстані: 50 мм, 100 мм тощо.
3. Матеріал: Зазвичай ZnSe (селенід цинку), ідеально підходить для CO₂-лазерів з довжиною хвилі 10,6 мкм.
1.Function: Convert divergent laser beams into parallel light for subsequent focusing.
2.Applications: Fiber lasers and laser heads.
Функція: Збільшення діаметра лазерного променя при одночасному зменшенні кута розбіжності, покращення якості обробки.
III. Порівняння матеріалів оптичних лінз
| Матеріал | Характеристики | Загальні застосування |
| Кварц | Висока пропускальна здатність, термостійкість, стійкість до корозії | Захисні вікна, скануючі дзеркала |
| Плавлений кремнезем | Надзвичайно низьке теплове розширення, висока чистота | Високопотужні лазери, надшвидкі лазери |
| Скло K9 | Низька вартість, легкість в обробці, але погана термостійкість | Загальні об'єктиви для обробки зображень, вимірювальне обладнання |
| ZnSe (селенід цинку) | Висока пропускальна здатність для CO₂-лазерів (10,6 мкм), крихкий, токсичний | CO2 лазерне різання, CO2 лазерне маркування |
| Сапфір | Надзвичайна твердість, стійкість до подряпин | Високоякісні вікна, захисні покриття |
IV. Типи покриттів оптичних лінз
Оптичні лінзи часто мають спеціальні покриття для покращення характеристик:
1. Антиблікове (AR) покриття: Зменшує відбиття поверхні, покращує світлопроникність. Доступне в одно- або багатосмуговому варіанті.
2. Високовідбивне (HR) покриття: Відбиває майже все падаюче світло в межах певного діапазону довжин хвиль.
3.Beam Splitter Coating: Splits light into specific ratios (e.g., 50% reflection + 50% transmission).
4.DLC (Diamond-Like Carbon) Coating: Scratch- and corrosion-resistant, used for protective lenses.
V. Application Examples of Optical Lenses
| Application Scenario | Required Lens Types |
|---|---|
| Laser cutting machines | Focusing lenses, protective windows, collimating lenses |
| Handheld laser welders | Focusing lenses, protective windows |
| Laser marking machines | Beam expanders, focusing lenses, field lenses |
| Medical lasers (e.g., dermatology) | Focusing lenses, protective windows |
| Microscopes, telescopes, camera lenses | Convex/concave lenses, spherical lenses |
VI. Optical Lens Selection Guide
1. How to Choose Focal Length?
Focal length determines a lens’s ability to focus laser beams, affecting spot size and processing depth.
| Focal Length | Characteristics | Recommended Applications |
|---|---|---|
| Short (50mm, 75mm) | Fast focusing, small spot size, high energy density | Thin sheet cutting, precision welding |
| Medium (100mm, 125mm) | Balances speed and cutting depth | Medium-thickness materials |
| Long (150mm, 200mm) | Deeper focus, suitable for deep penetration | Thick plate cutting, deep welding |
Simple rule:
Thin materials: Short focal length.
Thick materials: Long focal length.
2. How to Choose Material?
Consider laser wavelength and power density:
| Characteristics | Recommended Applications | ||
|---|---|---|---|
| Quartz | 1064nm (fiber lasers) | Heat-resistant, moderate cost, high damage threshold | Fiber laser cutting/welding |
| ZnSe | 10.6μm (CO₂ lasers) | High IR transmittance, fragile | CO₂ laser focusing lenses |
| Sapphire | 1064nm & visible light | Extreme hardness, scratch-resistant | High-end protective windows |
| Плавлений кремнезем | 266 нм/355 нм (УФ), 532 нм (зелений), 1064 нм | Висока чистота, стійкість до ультрафіолетового випромінювання | UV laser marking, green laser processing |
3. Power Requirements for Lenses
Вища потужність лазера вимагає кращої термостійкості та порогів лазерного пошкодження.
| Діапазон потужності лазера | Рекомендована конфігурація об'єктива |
|---|---|
| 0–1500 Вт | Кварцове захисне вікно + стандартна фокусувальна лінза з AR-покриттям |
| 1500 Вт–3000 Вт | Високотемпературний кварц + фокусувальна лінза високої потужності |
| Понад 3000 Вт | Преміальний кварцовий лінз з HR/протизабруднювальним покриттям |