作者： 时间：2024-10-09
激光技术正处于变革的风口浪尖：光的民主化。激光技术曾经是专家们的工具，现在越来越多地为更广泛的用户所使用。激光的易用性、强大功能和适应性为人们提供了根据个人需求调整光源并以各种方式使用光源的可能性。在这篇博文中，我们将向您展示如何通过使用智能光学系统来提高激光应用的效率。
激光技术的发展
激光技术自发现以来已经走过了漫长的道路。从历史的角度来看，今天光子学的进步可以与 100 多年前金属加工领域引入电动机相提并论。激光技术的创新从根本上改变了我们使用光学系统的方式： 激光技术从一个小众的行业发展成为广泛应用中不可或缺的一部分。
光的民主化
民主化是指能够实现更广泛参与和获取资源的发展。在激光技术中，这意味着即使是非专业人士也应该能够根据自己的需要塑造和使用光。这是通过适应性强且功能强大的解决方案实现的，比如易于使用的安装系统、耐用的光学组件和广泛的波长光谱覆盖范围。
应用
为了让尽可能多的人都能使用光，光学系统必须提供无需物理或光学设计专业知识也能使用的解决方案。这些产品的主要特点是使用快捷方便，与现有光学和激光系统具有良好的兼容性，以及高功率，性能卓越。
光学系统，比如扩束器和光束整形器允许调整激光束的强度分布，以满足以下应用要求。
-激光切割中精确的切割边缘
-激光焊接中的洁净焊缝
-表面结构化中可预测的材料去除精度。
激光切割
激光切割是工业制造中最有效的热切割工艺之一。无论是金属、木材、玻璃还是塑料，激光的高能量浓度都能实现快速、精确的切割，并且切割边缘干净整洁。过去，这种材料切割通常使用高斯光束轮廓，然而，这种方法在烧蚀深度和质量方面存在缺陷。由于其特征形状，光束强度会向光束边缘减弱，从而无法均匀地照射到材料上。其结果是切割边缘不干净（见图 1a），同时伴有材料损耗和返工导致的加工时间延长。
图1不锈钢上的不同光束轮廓
a/d使用高斯光束生成，b/e和 e/c使用asphericon的a|AiryShape光束整形器生成，使用光束整形器生成的轮廓显示出更均匀的去除率。
图1显示了用高斯曲线（a和d）、甜甜圈曲线（b和e）以及顶帽曲线（c和f）在不锈钢上加工出的不同光束轮廓。与高斯曲线相比，a|AiryShape束整形器显著提高了材料去除的均匀性和精度。均匀的烧蚀深度（示例中为5-10µm）可产生干净的切割边缘（见图1b和c）。由于采用模块化设计，该产品可以很容易地拧紧到其他光学元件上，无需手动调整光束路径。
激光焊接
激光焊接是连接金属或塑料等材料的另一种精确方法。激光将工件加热到熔化温度，从而实现灵活的焊接引导。传统上，激光焊接也使用高斯光束轮廓。然而，不均匀的轮廓形状会导致焊接不均匀。
集成扩束器和光束整形器可以提高工艺稳定性，减少飞溅物的形成，从而实现气密焊接（见图 3）。a|BeamExpander扩束器和a|AiryShape光束整形器等Asphericon组件采用公制细牙螺纹，可轻松集成到现有装置中，并通过宽广的波长谱确保在355nm到1600nm范围内灵活使用。
图 2：用带孔隙的高斯轮廓焊接的接缝（上图），用 a|AiryShape光束整形器创建的无孔隙顶帽轮廓（下图）。
表面结构化
激光表面处理可用于在塑料和金属等材料上形成特定的结构，例如优化粗糙度值，而粗糙度值可在粘合和粘接中发挥作用。该工艺可精确去除材料，并可灵活用于单件和批量生产。应用范围从包装上的撕裂辅助工具到去除特殊薄膜以优化工件表面。
折射式光束整形器可用于在激光束焦点处形成不同的圆形和方形强度分布。这种适应性优化了加工时间和过程控制。图 4 所示结果所使用的a|SqAiryShape光束整形器已成功通过测试，可生成定制的方形强度轮廓。该系统在成型过程中具有灵活性，可通过改变光束轮廓和到样品表面的工作距离生成不同的表面结构。Asphericon的这种光束整形器还具有很强的自适应能力，可以很容易地集成到现有的激光装置中，并可在很宽的波长范围内使用。
图3在恒定单脉冲能量下，用线性偏振fs单脉冲照射不锈钢样品后的SEM图像。a|SqAiryShape光束整形器可通过改变工作距离灵活生成不同的方形轮廓。
Asphericon的解决方案
通过BeamTuning系列，Asphericon提供了一个完整的产品系列，支持激光器的使用，用户使用方便、这些组件如alTopShape光束整形器、alAspheriColl和alBeamExpanders易于集成，可产生绝对均匀、衍射受限的激光束，并覆盖广泛的波长谱。因此，在不牺牲功率和性能的前提下，复杂的激光技术得以大大简化，从而为各种应用提供定制的光学解决方案。
图4:由光纤耦合器alAspheriColl、alBeamExpanders和alTopShape光束整形器组成的示例光束整形系统示意图。
激光技术的未来
能够毫不费力地优化激光束的光学系统正在塑造激光技术的未来。易于集成、适应性强且功能强大的产品将使更多用户能够使用激光技术。本文介绍的应用实例展示了这些原则如何在今天付诸实践，以及它们如何促进激光技术的进一步发展。
