Gediamantpuntdraaide Optieken

BICONISCHE LENZEN

Biconische lenzen hebben twee verschillende radii op één oppervlak.Het is mogelijk om een biconische lens te produceren met een sferisch of een asferisch oppervlak, afhankelijk van de toepassing en de nood om abberaties weg te werken. Biconische lenzen worden gebruikt om een ellipsvormige of lijnvormige focus te creëren. Deze lenzen worden ook gebruikt om bij anamorfe beam expanders de astigmatismes in de laserstraal te reduceren. Veel lasers produceren astigmatische laserstralen. Omdat de meeste lasertoepassingen een symmetrische Gaussische bundel vereisen, moeten deze astigmatische bundels gecorrigeerd worden.

Cylindrische lenzen worden meestal gebruikt in anamorfe beam expanders en elliptische focuslenzen. Voor de beam expander toepassing en voor sommige focuseertoepassingen is het nodig om twee cilindrische lenzen te gebruiken, waarvoor een ingewikkelde uitlijningsprocedure nodig is. Een biconische lens kan het aantal benodigde elementen verminderen en ook de problemen van een ingewikkelde uitlijning uitsluiten.

• Biconisch optisch vermogen kan op één oppervlak geplaatst worden.
• Makkelijk uit te lijnen. Loodrechtheid van de  curves is gegarandeerd.
• Goed bruikbaar in anamorfe beam expanders.
• Wanneer gebruikt als een focuseerlens, zal deze een elliptische spot geven.
• Krommingen kunnen sferisch of elliptisch zijn.

BICONISCHE SPIEGELS

In veel toepassingen helpen sferische, cilindrische en parabolische spiegels om de laserbundel vorm te geven. Biconische spiegels—of meer algemeen torusvormige spiegels—kunnen twee verschillende optieken combineren in één optiek.

Biconische spiegels hebben twee verschillende radii op één oppervlak. Het is mogelijk om een biconische spiegel te produceren met een sferisch of een asferisch oppervlak, afhankelijk van de toepassing en de nood om abberaties weg te werken. Indien deze optieken  goed ontworpen zijn, kunnen deze de standaard 90° afbuigspiegels vervangen om de laserbundel te hercollimeren in een lang beampad.

• Biconische optisch vermogen kan op één oppervlak geplaatst worden.
• Curves kunnen ontworpen worden om een diffractie-gelimiteerd focuspunt te produceren onder 45º AOI.
• Goed bruikbaar in anamorfe beam expanders.
• Wanneer gebruikt als een focuseerspiegel onder 0° AOI, zal deze een elliptische spot produceren.
• Krommingen kunnen sferisch of asferisch zijn.

TRANSMISSIEVE BEAM INTEGRATORS

Transmissieve beam integrators worden gebruikt in lasertoepassingen die een relatief grote, gefocuseerde flat-top intensiteit nodig hebben. Gefacetteerde integratoren focuseren een hoogvermogenbundel naar een relatieve flat-top bundel met een grootte en vorm die gelijk is aan de grootte en vorm van één facet. In het verleden was het extreem moeilijk om deze transmissieve gefaceteerde integrators te produceren. De dag van vandaag worden deze optieken geproduceerd met moderne diamantpuntdraaitechnieken. Alhoewel ZnSe het belangrijkste materiaal is waaruit deze lenzen gemaakt worden, kan deze afwerking ook toegepast worden op Ge of elk ander materiaal dat kan bewerkt worden met een diamantpuntdraaimachine.

Gefacetteerde lenzen vormen een goed alternatief voor een gefacetteerde spiegel. Facetten kunnen gemaakt worden in praktisch elke vorm of soort. Er zijn enkele praktische limieten verbonden aan de grootte van de facetten, maar typische facetgroottes van 2 tot 8mm zijn mogelijk op substraten met een diameter tot 100 mm.

• Transmissieve beam integrators produceren relatief vlakke intensiteitprofielen.
• Geïntegreerde bundels kunnen vierkant of rechthoekig zijn.
• Gefocuseerde bundeldiameters zijn relatief groot -- 2 mm en groter -- en zijn ideaal voor lassen en warmtebehandeling.
• Graad van integratie hangt af van de incoherentie van de laserbundel.
• Werkt het beste met laserbundels die een slechte coherentie hebben.

REFLECTIEVE BEAM INTEGRATORS

Reflectieve beam integrators zijn wijd verspreid in CO2 lasers die gebruikt worden voor lassen, cladden en warmtebehandeling. Gefacetteerde integrators  focuseren een hoogvermogenbundel naar een relatieve flat-top bundel met een grootte en vorm die gelijk is aan de grootte en vorm van één facet. Vroeger werden reflectieve integrator optieken geproduceerd door individuele facetspiegeltjes te produceren en deze dan te monteren op een gebogen oppervlak. De dag van vandaag worden deze geproduceerd met moderne diamantpuntdraaitechnieken waardoor het tijdrovende aspect van elke facet apart op een substraat te monteren niet langer nodig is. Een ander voordeel is dat deze spiegels direct watergekoeld geproduceerd kunnen worden.

Facetten kunnen gemaakt worden in praktisch elke vorm of soort. Er zijn enkele praktische limieten verbonden aan de grootte van de facetten, maar typische facetgroottes van 2 tot 8mm zijn mogelijk op substraten met een diameter tot 75 mm. Deze integrators werken het beste bij laserbundels met een slechte coherentie.

• Reflectieve beam integrators produceren  relatief vlakke intensiteitsprofielen.
• Geïntegreerde bundels kunnen vierkant, rechthoekig of rond zijn.
• Spiegels worden gemaakt van koper en zijn ideaal voor hoogvermogen lasers.
• Gefocuseerde bundeldiameters zijn relatief groot––2 mm en groter––en zijn ideaal voor lassen en warmtebehandeling.
• Graad van integratie hangt af van de niet coherentie van de laserbundel.
• Werkt het beste met laserbundels die een slechte coherentie hebben.

FOCUSERENDE FLAT-TOP DOUBLETS

II-VI heeft een lens ontworpen met een simpele vorm om een Gaussische mode te converteren naar een flat-top intensiteitsprofiel.

Het converteren van een bundelmode naar een andere mode is altijd een moeilijk process. Er zijn verschillende producten die met dit probleem te maken hebben, zoals diffractieve lenzen, speciale beam intergrators, combinaties van asferische lenzen, enzovoorts. Zoals met de meeste designs is het aan te raden om steeds de simpelste vorm te gebruiken.De II-VI asferische vorm is een van de simpelste types.

De methode die gebruikt wordt om een Gaussische bundel om te zetten naar een flat-top wordt mee bepaald door de bundeldiameter die nodig is. Een gefacetteerde beam integrator is nodig voor grote focuspunten. Wanneer het nodig is om een laserbundel te focuseren met een flat-top intensiteit en een focuspunt van 100µm, is het eveneens nodig om meer gesofisticeerde asferen of diffractieve optieken te gebruiken. II-VI brengt dit tot stand met een simpele asferische vorm.  Afhankelijk van de focale lengte wordt deze lens geproduceerd als een singlet of een doublet.

• Focale lengtes vanaf 25 mm en meer.
• Unit kan bestaan uit één of twee lenzen, afhankelijk van de gewenste focusdiameter.
• Vereist Gaussische inkomende laserstraal met M2 waardes < 1.1 voor de beste resultaten.
• Toepassingen in boren en materiaalverwerking.

OFF-AXIS PARABOLEN MET LANGE WORKING DISTANCE

In het verleden werd de working distance (WD) van deze parabolen beperkt tot de swing diameter van de diamantpuntdraaibank. De dag van vandaag produceert II-VI parabolen met een lange WD door middel van een slow tool servo, en dit onder elke hoek.

Zoals standaard off-axis parabolen, worden deze met een lange WD vervaardigd uit koper substraten (zowel tilted als vlak). Deze optieken kunnen hele hoge vermogens aan. Deze spiegels leveren diffractie gelimiteerde focusering wanneer ze op een correcte manier gemonteerd en uitgelijnd zijn. Tenslotte worden deze spiegels gecoat om een hogere reflectie te hebben.

II-VI ontwerpt parabolen om de laserbundel te reflecteren onder 90° (standaard), of elke andere gewenste hoek. Speciaal ontworpen designs zoals waterkoeling en speciale montageconfiguraties kunnen aangemaakt worden op vraag van de klant.

• WD die groter is dan de standaard capaciteit van draaibanken.
• Excellente figuur nauwkeurigheid < 0.5µm.
• Excellente oppervlakte ruwheid < 0.6 nm.
• Diameters tot 250 mm.

OPTICAL ARRAYS

Bepaalde optische designs vereisen meerdere optische elementen die zoals een serie moeten gepositioneerd worden. In het verleden werden individuele optieken geproduceerd die dan gemonteerd werden op één gemeenschappelijk substraat, wat ervoor zorgde dat het heel moeilijk was om alles goed te positioneren en uit te lijnen. De dag van vandaag bezit II-VI geavanceerde diamantpuntdraai capaciteiten, waardoor het mogelijk is om monolithische optical arrays direct op een substraat te produceren met fast tool servo technologie. Typische substraten zijn ondermeer ZnSe en Ge, en metalen zoals Cu en Al.

Een toepassing hiervan is een focuserende array waarvan alle aparte elementjes een identieke focale lengte hebben. Het is evenwel niet nodig om kleine elementjes te produceren die eenzelfde focale lengte hebben. De individuele elementen kunnen allemaal een verschillende focale lengte hebben, inclusief een mix van positieve en negatieve focale lengtes. Het is ook mogelijk om lenzen en spiegels te combineren.

Monolithische optical arrays voorzien de designer nog een extra tool om kleine, complexe optische element te ontwerpen voor geavanceerde toepassingen.

• Monolithische optical arrays leveren unieke, compacte optische oplossingen.
• De aparte elementjes worden redelijk simpel geproduceerd en leveren multifocus arrays.
• Combinatie’s van lenzen, spiegels of andere optische elementen zijn mogelijk op één substraat.

RING-FOCUS OFF-AXIS PARABOLEN

De ring-focus off-axis parabool is een optiek die de eigenschappen van een 90° parabolische focuseerspiegel combineert met die van een axicon  focuserende optiek. Meestal worden ZnSe lenzen met een conische vorm gebruikt om een ringfocuus te creëren.De ring-focus off-axis parabola elimineert de transmissieve optiek door een axicon te combineren met een  off-axis parabolic mirror. De resulterende geometrie is een vrije-vorm oppervlak dat geproduceerd wordt met slow tool servo technologie.

Deze aanpak biedt veelzijdige design specificaties voor WD, ring diameter en afbuighoek. Voor hoogvermogentoepassingen kan een direct gekoeld substraat ontworpen worden.

• Eén optiek combineert de mogelijkheden van twee optieken.
• Bruikbaar bij hoog vermogen.
• Worden geproduceerd van een standaard off-axis substraat.
• Excellente RMS ruwheid < 6nm.
• Elke ring diameter kan eenvoudig ontworpen worden.

ROOFTOP BEAMSPLITTERS

Prisma’s en transmissieve beamsplitters zijn alledaagse optische elementen die gebruikt worden om een laserstraal in twee bundels op te splitsen bij visuele en IR golflengtes. Voor hele hoge vermogens in het infrarood gebied (1 to 10.6 µm), zijn de meeste prisma’s en beamsplitters niet bruikbaar door het effect van thermal lensing. Dit komt vooral voor bij CW CO2 lasers vanaf 500W. Voor deze vermogens is het mogelijk om de laserbundel op te splitsen door gebruik te maken van een metalen rooftop prisma.

Rooftop beamsplitters worden gemaakt van koper en zijn direct watergekoeld. Dit laat toe om laservermogens te gebruiken die groter zijn dan 6kW. Een 90° rooftop Spiegel wordt gebruitk om de bundel fysiek in twee te splitsen. Deze bundels zullen dan onder een hoek van 180° staan ten opzichte van elkaar. Voor enkele eenvoudige toepassingen worden deze bundels gebruikt om te lassen en voor warmtebehandeling.

De rooftop spiegel wordt geproduceerd uit één substraat waarop twee spiegels staan die precies uitgelijnd zijn ten opzichte van elkaar. Elk spiegeloppervlak is gediamantpuntdraaid om een goede oppervlaktefiguur en afwerking te verkrijgen. De hoek van de twee spiegels heeft een tolerantie van 10 boog seconden (indien vereist).

• Wordt toegepast om  hoogvermogen bundels te splitsen in twee bundels.
• Bestaan uit koper of aluminium.
• Koperspiegels kunnen direct watergekoeld worden om gebruikt te worden bij een vermogen groter dan 5kW.

VORTEX LENZEN

Een vortex lens is uniek omdat deze spiraalvormige stappen heeft op het gebogen oppervlak. Dit spiraalvormig patroon controleert de fase van de getransmitteerde bundel. Wanneer deze spiralen gemaakt worden op een gebogen oppervlak, produceren deze een gefocuseerde bundel waarbij er geen vermogen is in het midden van de bundel. Met andere woorden een vortex lens produceert een ring focus. Een andere eigenschap is dat de fase een spiraal beschrijft wanneer de bundel zich verder voort plant. Daarom wordt een vortex lens ook wel een spiraallens genoemd.

Traditioneel werd dit lenstype geproduceerd met diffractieve elementen. De dag van vandaag worden deze optieken geproduceerd met  diamantpuntdraaitechnieken. Het resultaat is een precisie spiraal of vortex lens die een ring focus kan produceren.

Vortex lenzen kunnen gemaakt worden uit elk materiaal dat bewerkbaar is op een draaibank. Bij 10.6µm worden vooral ZnSe en Ge gebruikt. Het is ook mogelijk om dit soort oppervlak te produceren op een reflecterende spiegel gemaakt uit Cu of Al.

• Levert een uniek optisch oppervlak om spiraal gefaseerde bundels te produceren.
• Spiraal fase bij de focus produceert een ring mode.
• Kan gebruikt worden in ring focus toepassingen.