Mae laserau pŵer uchel wedi dod yn offeryn safonol a hollbresennol mewn llawer o gymwysiadau diwydiannol, yn rhannol oherwydd yr ynni a reolir yn fanwl gywir y maent yn ei ddarparu. Ond gall "pŵer uchel" fod yn derm anodd i'w ddosrannu, ac yn aml mae angen rhywfaint o gyd-destun i'w ddiffinio.
Mae cymwysiadau laser o gymorth cyfyngedig o ran pennu trothwyon allbwn pŵer uchel, oherwydd gall paramedrau laser amrywio o 10-beam wat mewn argraffydd 3D i belydr cilowat 100- a gynhyrchir gan laser lloeren. Go brin bod yr hyn sy'n gyfystyr â swyddogaeth gyfoethog ar gyfer un rhaglen yn cael ei ddogfennu mewn rhaglen arall. Pan gaiff ei gymhwyso i laserau o wahanol donfeddi, wrth gymharu gweithrediad tonnau di-dor a phyls, a hyd yn oed wrth gymharu ffynonellau cyflwr solet, nwy, neu doped-grisial, mae "pŵer uchel" yn dod yn derm cymharol.
Gall yr un trawst a all dreiddio i ddur neu drosglwyddo signalau telathrebu dros bellteroedd hir hefyd achosi niwed difrifol i'r cydrannau optegol sensitif sy'n arwain a siapio golau o fewn fframwaith system laser. “Rhaid i chi reoli pob manylyn bach olaf, neu'r manylion bach hynny fydd lle mae'r difrod yn dechrau - a'r peth nesaf rydych chi'n ei wybod, rydych chi wedi llosgi hanner miliwn o ddoleri mewn cydrannau,” meddai Tim McComb, rheolwr datblygu busnes byd-eang. yn Coherent.
Rheoli Ansawdd
Mae angen nifer fawr o gydrannau optegol i sicrhau bod y trawst laser yn cyflawni'r siâp, maint a dwyster a ddymunir. Yn ogystal â'r lensys a ddefnyddir i ganolbwyntio a gwrthdaro'r trawst, mae systemau laser fel arfer yn cynnwys drychau, polaryddion a holltwyr trawst. Rhaid i bob un o'r cydrannau hyn gael eu gweithgynhyrchu a'u peiriannu'n fanwl, ac yna eu trin â haenau arbenigol i sicrhau bod gan y cynnyrch terfynol y nodweddion amsugno golau, trawsyrru ac adlewyrchiad priodol. Heb fonitro gofalus, mae pob cam o saernïo, caboli, cotio a phrofi yn rhoi digon o gyfle ar gyfer diffygion neu wallau a all arwain at fethiant y system.
Gall fod gan gydran ardaloedd diffygiol sydd yn y bôn yn creu cysylltiadau gwan yn y cynulliad optegol cyfan. Oherwydd bod y diffyg yn amsugno egni y dylid ei drosglwyddo neu ei adlewyrchu, gall methiant y gydran honno yn y pen draw ledaenu i weddill y system, meddai Matthew Dabney, prif beiriannydd laser yn Altamont Optics.
Gall llacharedd y laser hefyd achosi problemau trwy ddadffurfiad yr opteg a achosir yn thermol. Hyd yn oed os na fydd yr effeithiau hyn yn dinistrio'r opteg yr effeithir arnynt ar unwaith, gallant achosi newidiadau ym mynegai plygiannol y deunydd, a all arwain at allbwn laser ystumiedig neu is-optimaidd. O ganlyniad, mae angen i weithgynhyrchwyr laser fod yn ymwybodol o nifer o ystyriaethau wrth nodi cydrannau optegol ar gyfer system laser benodol.
Yn gyntaf yw eu dewis o ddeunydd. Mae silica ymdoddedig yn wydr â nodweddion da iawn gydag amsugno isel iawn ac mae'n hawdd ei siapio a'i sgleinio, sy'n aml yn ei gwneud yn ddewis gorau ar gyfer llawer o gydrannau optegol trawsyrru ac adlewyrchol.
"Rydym bob amser yn ceisio defnyddio silica ymdoddedig pan fyddwn yn gwneud cymwysiadau pŵer uchel," meddai Dirk Hauschild, cyfarwyddwr ymchwil a datblygu opteg laser yn Focuslight. "Rydych chi'n cael y lefel uchaf o ansawdd, a'r haenau ar silica wedi'i ymdoddi sydd â'r trothwy difrod uchaf."
Fodd bynnag, mae angen dewisiadau amgen mwy arbenigol ar rai systemau laser. Mae laserau lens mewn CO 2 pŵer uchel yn aml yn cael eu gwneud o selenid sinc, sy'n dangos perfformiad cryf yn yr isgoch cryf, ond gall fod yn anoddach ei ddefnyddio. Fel deunyddiau optegol eraill, rhaid i selenid sinc gael ei fowldio a'i lyfnhau'n fanwl gywir. Gall diffygion arwyneb bach arwain at broblemau perfformiad neu, yn waeth, buildup lleol oherwydd egni a gwres y laser.Hauschild yn dweud y gall hyn bwysleisio'r swbstrad, a all achosi unrhyw cotio i gracio a llosgi. “Ar gyfer cymwysiadau pŵer uchel iawn, gall un diffyg ddinistrio'r opteg gyfan.”
Mae dileu diffygion o'r fath yn gofyn am brosesau malu a chaboli manwl gywir, ac yna rheoli ansawdd yn ofalus, meddai Emiliano Ioffe, rheolwr datblygu prosesau a pheirianneg IR Ophir, y mae ei gwmni fel arfer yn targedu gwerthoedd garwedd arwyneb o lai nag 1 nm ar ei gydrannau, heb unrhyw grafiadau na gouges yn cael eu caniatáu. . Mae hyn yn arbennig o heriol wrth ddefnyddio deunyddiau silica heb eu hasio, a dywed Ioffe fod yn rhaid i'w dîm ddatblygu proses sgleinio arbenigol ar gyfer yr opteg selenid sinc a ddefnyddir yn laserau CO 2 y cwmni, yn enwedig wrth baratoi deunyddiau ar gyfer opteg asfferig sydd wedi dod yn fwyfwy poblogaidd. .
Yna mae'n rhaid i'r arwynebau perffaith llyfn hyn gael eu gorchuddio'n unffurf â haenau arbenigol sy'n rhoi'r priodweddau adlewyrchol neu antireflective priodol i'r cydrannau. dywed hauschild mai'r haenau yn aml yw'r cyswllt gwannaf yn y dyluniad. Oherwydd eu bod mor denau, gallant dorri asgwrn, a gallant newid priodweddau materol dros amser. O ganlyniad, gall haenau sydd wedi'u dewis neu eu cymhwyso'n wael negyddu'r gwaith caled sy'n mynd i mewn i gynhyrchu'r lens neu'r drych perffaith.
Yn ogystal â'u priodweddau amsugno ac adlewyrchiad, rhaid dewis haenau ar gyfer y perfformiad gorau posibl ar donfeddi penodol. “Ar gyfer uwchfioled, mae tri neu bedwar deunydd yn cael eu defnyddio fel arfer, tra ar gyfer isgoch, mae set wahanol iawn o dri neu bedwar deunydd,” meddai Dabney.
Mewn llawer o achosion, rhaid i gydrannau dderbyn haenau lluosog o haenau gwahanol i wella'r perfformiad optegol a ddymunir, ond efallai y bydd angen cyfaddawdu ar y gwelliant hwnnw. "Gallwch chi ychwanegu mwy a mwy o haenau i wella adlewyrchedd y drych, ond pan fyddwch chi'n ychwanegu haenau, maen nhw hefyd yn amsugno, felly byddwch chi'n colli rhywfaint o'r golau sydd wedi'i amsugno," meddai Ioffe. “Mae yna wastad gydbwysedd rhwng amsugno ac adlewyrchu a throsglwyddo.”
Rhaid dylunio haenau aml-haen yn ofalus hefyd i osgoi brigau mewn cryfder maes trydan yn y rhyngwyneb rhwng haenau, a all beryglu cyfanrwydd y cotio ac yn y pen draw arwain at fethiant y gydran.
Dod o hyd i bysedd ystyrlon
Nid yw byth yn hawdd cynnal lefel uchel o reolaeth ansawdd tra'n gweithgynhyrchu ar raddfa fasnachol. Ar gyfer rhai metrigau perfformiad sylfaenol, megis amsugno, nid oes unrhyw safonau cyffredinol y gall cwmnïau eu defnyddio. "Ni allwch brynu sampl gyda chyfradd amsugno penodol fel system raddnodi meistr," meddai Ioffe. "Rydym wedi datblygu ac adeiladu systemau yn fewnol i fesur amsugno, newid cam, adlewyrchiad a thrawsyriant ar wahanol onglau a gwahanol belariadau."
Mae diffyg safon gyffredinol yn arbennig o broblemus ar gyfer gwerthuso'r trothwy difrod a achosir gan laser (LIDT), metrig sy'n disgrifio'r lefel egni uchaf y gall cydran benodol ei gwrthsefyll cyn profi difrod mesuradwy.
“Mae yna ychydig o safonau ISO [Sefydliad Safoni Rhyngwladol] sy’n berthnasol, ond nid yw’r rhain yn ddigonol i greu prawf trothwy difrod laser cyson mewn gwirionedd,” meddai Dabney, aelod o fenter Sefydliad Safonau Cenedlaethol America (ANSI) i ddatblygu mwy. safonau prawf manwl.
Dywed Hauschild ymhellach efallai na fydd y safonau hyn yn addas iawn ar gyfer gwerthuso LIDT opteg, wrth i ddyluniadau laser newydd barhau i wthio ffiniau perfformiad allbwn.
Mae LIDT yn cael ei effeithio'n uniongyrchol gan gyfansoddiad, ansawdd a haenau'r opteg eu hunain, yn ogystal â thonfedd a phŵer y trawstiau y maent yn effeithio arnynt. Ond daw ffactorau eraill i rym hefyd. Er enghraifft, gall maint a siâp y trawst newid y trothwy yn dibynnu ar faint o egni sy'n cael ei ddosbarthu dros arwynebedd penodol y gydran. Gellir modelu rhai o'r ffactorau hyn yn fathemategol, ond mae asesiad LIDT cywir yn y pen draw yn gofyn am brofi'r gydran ei hun yn uniongyrchol.
Dyna lle mae'r diffyg safoni mewn profion LIDT yn dod i mewn. Ar hyn o bryd, meddai Dabney, mae'r safon ISO yn diffinio LIDT fel "wedi'i ddifrodi'n amlwg. Ond mae hynny'n agor y drws i weithgynhyrchwyr drwg-enwog werthu opteg â LIDTs afrealistig o uchel trwy gadw gweithdrefnau asesu difrod yn arwynebol." Nid ydych chi'n cael eich gwobrwyo am edrych fel eich bod chi'n ymdrechu'n galetach - rydych chi'n cael eich cosbi mewn gwirionedd," meddai. O ganlyniad, dylid defnyddio LIDT fel canllaw gwybodaeth, nid targed ar gyfer amodau gweithredu arferol. fel arfer mae'n rhedeg ei systemau laser ar ddwysedd pŵer ymhell islaw LIDT i sicrhau sefydlogrwydd hirdymor.
Gyda phŵer mawr daw cyfrifoldeb mawr, a rhaid i ddefnyddwyr ddylunio eu systemau laser yn ofalus fel nad yw cydran a fethwyd yn achosi trychineb. "Un o'r materion mawr yw os nad yw pobl yn gosod eu llinell beam yn iawn, gallwch gael dolen adborth i ddileu'r laser," meddai Dabney. Er enghraifft, gallai cydran sy'n camweithio achosi i'r pelydryn gael ei adlewyrchu'n ddamweiniol yn ôl i'r ffynhonnell golau gan ddrych.
"Gallai gostio $100,000 i laser i chi oherwydd dim ond $100 o rannau sydd," meddai Dabney. Felly, dylid ynysu ffynonellau laser i atal digwyddiadau ôl-fyfyrio o'r fath.
Mae cynnal a chadw a monitro'r system laser a'i gydrannau hefyd yn hollbwysig. Er enghraifft, mewn cymwysiadau prosesu deunyddiau, mae'r ffenestri tarian ar laserau pŵer uchel yn tueddu i gronni halogion o'r deunydd sy'n cael ei brosesu, a rhaid eu disodli o bryd i'w gilydd i atal difrod a allai ganiatáu i'r un halogion hyn dreiddio i'r laser ei hun. Yn ogystal â gweithredu'r laser o dan bŵer brig i leihau straen ar y system, mae Hauschild yn argymell defnyddio synwyryddion a all fonitro tymheredd y system neu synhwyro tystiolaeth o wasgaru golau annisgwyl a allai ddangos methiant cydran sydd ar ddod.
Nid yw systemau laser pŵer uchel yn rhad. Ond mae ymdrechion i dorri corneli ar gydrannau gwariadwy yn debygol o ddod yn ôl i aflonyddu'r defnyddiwr terfynol, sy'n ysgwyddo'r gost o gynnal a chadw, atgyweirio ac ailosod y system.
“Os ydych chi'n cael eich gyrru gan bŵer, yna rydych chi'n mynd i dalu amdano,” meddai Dabney, ond mae hefyd yn nodi y dylai hyn annog defnyddwyr laser i feddwl ddwywaith faint o bŵer sydd ei angen arnyn nhw mewn gwirionedd ar gyfer eu cymhwysiad penodol. “Os gallwch chi aros o dan lefel benodol, yna fe allwch chi arbed ychydig bach,” meddai.
Er y bydd rhai systemau laser yn ddi-os yn parhau i wthio terfynau pŵer - y rhai a gynlluniwyd ar gyfer cymwysiadau amddiffyn neu ymchwil ymasiad, er enghraifft - dywedodd Hauschild ei fod hefyd yn gweld potensial ar gyfer atebion amgen i rai defnyddwyr diwydiant. Mewn rhai achosion, er enghraifft, gall laserau lluosog sy'n gweithredu ar bŵer brig is ddarparu cynhyrchiant tebyg am gost is. “Y cwestiwn yw nid yn unig a ddylem barhau i gynyddu pŵer, ond hefyd sut rydym yn ei ddefnyddio mewn ffordd effeithlon,” meddai.
