Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Podobne dokumenty
Wyznaczanie parametro w wiązki gaussowskiej

Propagacja światła we włóknie obserwacja pól modowych.

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

PRZEKSZTAŁCANIE WIĄZKI LASEROWEJ PRZEZ UKŁADY OPTYCZNE

LABORATORIUM ZASTOSOWAŃ OPTOELEKTRONIKI

Soczewkami nazywamy ciała przeźroczyste ograniczone dwoma powierzchniami o promieniach krzywizn R 1 i R 2.

Pomiary parametrów telekomunikacyjnych światłowodów jednomodowych. Na poprzednim wykładzie przedstawiono podstawowe parametry światłowodów

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

Optyka. Wykład XI Krzysztof Golec-Biernat. Równania zwierciadeł i soczewek. Uniwersytet Rzeszowski, 3 stycznia 2018

Wykład XI. Optyka geometryczna

Wstęp do astrofizyki I

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Sprzęg światłowodu ze źródłem światła

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

w diagnostyce medycznej III

Załamanie na granicy ośrodków

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ


OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Technologia elementów optycznych

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Prawa optyki geometrycznej

Ćw.6. Badanie własności soczewek elektronowych

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Rys. 1 Schemat układu obrazującego 2f-2f

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 2. Badanie apertury numerycznej światłowodów

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 33 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 1. ZWIERCIADŁA

PL B1. Aberracyjny czujnik optyczny odległości w procesach technologicznych oraz sposób pomiaru odległości w procesach technologicznych

Optyka. Wykład X Krzysztof Golec-Biernat. Zwierciadła i soczewki. Uniwersytet Rzeszowski, 20 grudnia 2017

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

UMO-2011/01/B/ST7/06234

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Fizyka Laserów wykład 5. Czesław Radzewicz

Ćw.3. Wykrywanie źródeł infradźwięków

III. Opis falowy. /~bezet

Rodzaje obrazów. Obraz rzeczywisty a obraz pozorny. Zwierciadło. Zwierciadło. obraz rzeczywisty. obraz pozorny

SPRAWDZIAN NR Na zwierciadło sferyczne padają dwa promienie światła równoległe do osi optycznej (rysunek).

Podstawy fizyki wykład 8

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Wielomodowe, grubordzeniowe

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy III gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Celem pomiarów jest otrzymanie charakterystyki prądowo-napięciowej badanych diód. Można to zrobić za pomocą układu z rysunku 3 wtedy oscyloskop sam

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

Ćwiczenie 53. Soczewki

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

36P5 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje.

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Zaznacz prawdziwą odpowiedź: Fale elektromagnetyczne do rozchodzenia się... ośrodka materialnego A. B.

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Wstęp do astrofizyki I

f = -50 cm ma zdolność skupiającą

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Piotr Targowski i Bernard Ziętek WYZNACZANIE MACIERZY [ABCD] UKŁADU OPTYCZNEGO BADANIE WIĄZKI GAUSSOWSKIEJ

ZASTOSOWANIE ZJAWISKA CAŁKOWITEGO WEWNĘTRZNEGO ODBICIA W ŚWIATŁOWODACH

20. Na poniŝszym rysunku zaznaczono bieg promienia świetlnego 1. Podaj konstrukcję wyznaczającą kierunek padania promienia 2 na soczewkę.

UMO-2011/01/B/ST7/06234

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

34 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 1

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Materiały pomocnicze 14 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

ZAGADNIENIA na egzamin klasyfikacyjny z fizyki klasa III (IIIA) rok szkolny 2013/2014 semestr II

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

Optyka instrumentalna

ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Laserowe technologie wielowiązkowe oraz dynamiczne formowanie wiązki 25 październik 2017 Grzegorz Chrobak

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

Załącznik nr 8. do sprawozdania merytorycznego z realizacji projektu badawczego

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

Falowa natura światła

Rys. 1 Geometria układu.

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

Optyka. Matura Matura Zadanie 24. Soczewka (10 pkt) 24.1 (3 pkt) 24.2 (4 pkt) 24.3 (3 pkt)

Plan wynikowy (propozycja)

Optyka instrumentalna

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

Transkrypt:

Systemy laserowe dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Metody analizy i kształtowania wiązki laserowej

Źródło: Beyer Wiązka gaussowska Natężenia promieniowania poprzecznie do kierunku propagacji idealnej wiązki laserowej ma rozkład normalny, czyli rozkład Gaussa I r = I 0 exp 2r2 r o 2 I(r)- natężenie dla promienia r I o - natężenie maksymalne r o promień wiązki (promień, dla którego natężenie jest równe (1/e 2 ) I o )

Źródło: Beyer, Fraunhofer IWS Charakteryzacja wiązki laserowej Długość Rayleigha: Z R = πr o 2 λ Jest to odległość mierzona wzdłuż propagacji wiązki, na przestrzeni której powierzchnia plamki zwiększyła się dwukrotnie, a natężenie spada o połowę Niezmiennik wiązki gaussowskiej: θ 0 r 0 = const. θ 0 r 0 = λ π

Długość Rayleigha Źródło: Wedel, AKL 12

Źródło: Wedel, AKL 12 Głębia ostrości Podwójna długość Rayleigha jest określana jako głębia ostrości. Głębia ostrości może być traktowana jako dystans, w zakresie którego materiał może się przemieszczać od pierwotnego położenia bez znaczącej zmiany na wynik procesu obróbczego Zastosowanie soczewki o większej ogniskowej powoduje, że plamka w ognisku jest większa, ale jednocześnie znacznie wzrasta głębia ostrości. Dwukrotne zwiększenie plamki w ognisku powoduje czterokrotne zwiększenie głębia ostrości.

Źródło: Beyer Charakteryzacja wiązki laserowej Dywergencja w polu dalekim: θ 0 = λ πr 0 tan θ 0 θ 0 = r 0 Z R Z R = πr o 2 λ

Charakteryzacja wiązki laserowej Promień krzywizny frontu falowego: R z = Z 1 + Z R Z 2 W przewężeniu (w tali) front falowy jest płaski, daleko od przewężenia front falowy jest sferyczny Źródło: Beyer

Mody poprzeczne lasera Źródło: Ion, Beyer, Fraunhofer IWS

Średnica wiązki Szerokość połówkowa FWHM (Full Width at half maximum) Szerokość dla 1/e 2 wartości maksymalnej (13.5%) d I 0 /e 2 = 2d FWHM ln2 = 1,699 d FWHM Średnica wiązki laserowej jest wyznaczana jako wielość wewnątrz której znajduje się 86 % mocy

Źródło: Beyer Ogniskowanie wiązki Soczewka pozwala na skupienie wiązki laserowej, dokonuje jej transformaty

Źródło: Beyer, Groche Ogniskowanie wiązki Im ogniskowa soczewki jest krótsza tym promień skupionej wiązki jest mniejszy

Wpływ długości fali na ogniskowanie Porównanie kaustyki (kształtu) zogniskowanej wiązki w przypadku modu podstawowego (TEM 00 ) i modu wyższego rzędu (TEM 10 ) oraz dla różnych długości fal Użycie modu wyższego rzędu zawsze będzie powodować, że plamka lasera będzie większa Im krótsza jest długość fali lasera tym mniejsza będzie plamka w ognisku Źródło: Beyer, Groche

Źródło: Beyer, Groche Ogniskowanie wiązki beam expander W celu zwiększenia średnicy wiązki lasera na soczewce można ją umieścić w pewnej odległości od lasera lub użyć odpowiednich układów optycznych

Minimalna średnica wiązki w ognisku d f = 4λf πd M2 Źródło: Beyer, Groche d f średnica plamki w ognisku λ długość fali f ogniskowa soczewki M 2 jakość wiązki D średnica wiązki lasera na soczewce

Źródło: Beyer, Groche Jakość wiązki parametr M 2 Wiązka gaussowska jest najlepszą wiązka jaką można uzyskać w idealnym układzie laserowym. W rzeczywistym układzie laserowym wiązka laserowa będzie odbiegać o wiązki gaussowskiej. Rozbieżność pomiędzy wiązką idealną a rzeczywistą określa jakość wiązki poprzez parametr jakości wiązki M 2 M 2 = πθr λ K = 1 M 2 K współczynnik propagacji W przypadku wiązki idealnej M 2 równe jest 1, im wiązka bardziej odbiega od wiązki Gaussowskiej tym parametr ten jest większy

Jakość wiązki parametr BPP BPP = M 2 λ π BPP Beam Parameter Product BPP wiązka rzeczywista BPP o wiązka idealna K - współczynnik propagacji wiązki M 2 = BPP BPP 0 Oznaczenie M 2 jest najczęściej spotykane w literaturze anglojęzycznej, natomiast K w literaturze niemieckojęzycznej

Źródło: Groche Jakość wiązki Kształt modu Natężenie Mod K

Jakość wiązki dla różnych systemów laserowych Źródło: Beyer

Talia wiązki a jej jakość Źródło: Beyer

Poprawa jakości wiązki Źródło: Beyer

Poprawa jakości wiązki obecne prace Źródło: Beyer

Źródło: Beyer, Groche Kiedy badać wiązkę laserową? pierwsza instalacja systemu laserowego / po serwisie weryfikacja parametrów procesu przed lub w trakcie jego trwania zmiana lokalizacji systemu (przenoszenie stanowiska) analiza błędów optymalizacja systemu kryterium: elementy optyczne, zwiększenie prędkości procesu

Metody inżynierskie badania wiązki Papier fotoczuły tzw. próba krzyżowa Polimer wytop modu w przeźroczystym materiale Wady: brak wartości liczbowych subiektywna ocena wyników brak automatyzacji konieczność wentylacji szkodliwe gazy

Źródło: Primes, Kanatey Metody z wykorzystaniem dedykowanych urządzeń układ z obracająca się igłą (otwór ~ 10 μm) umożliwia pomiary kaustyki laserów dużej mocy (do 15 kw) średnica plamki 80 μm 4 mm

Źródło: Primes Metody z wykorzystaniem dedykowanych urządzeń układ z matrycą CCD przystosowany do pomiarów kaustyki laserów małej i średniej mocy (do 200 W) średnica plamki 5 μm 2 mm

Pomiar kaustyki wiązki lasera CO2

Pomiar kaustyki wiązki lasera dyskowego

Pomiar kaustyki wiązki lasera diodowego

Wady wiązki - przykłady

Źródło: Dietrich, ILS Jan-2012 Porównanie jakości wiązki w obu przypadkach użyto tej samego układu optycznego

Źródło: Trumpf, HighYag Kabel światłowodowy Budowa kabla światłowodowego: 1 powłoka ochronna ze stalowym oplotem 2 przewód obwodu bezpieczeństwa 3 płaszcz ochronny 4 światłowód Podstawowe cechy kabli: różne rodzaje złączek(llk-b, LLK-D) średnica rdzenia światłowodu 11 μm 1000 μm długość światłowodu 4-100 m maksymalny promień gięcia > 25 cm

Źródło: Trumpf Maksymalny promień gięcia Dopóki maksymalny promień gięcia światłowodu jest zachowany występuje całkowite wewnętrzne odbicie W przypadku przekroczenia maksymalnego promienia gięcia warunek całkowitego wewnętrznego odbicia zostaje zaburzony i części promieniowania wycieka z rdzenia. To może spowodować uszkodzenie kabla i stwarzać zagrożenie dla operatora. Maksymalny promień gięcia zależy od wielkości rdzenia i wynosi około 25 cm

Układ bezpieczeństwa w kablu światłowodowym Źródło: HighYag

Sprzężenie lasera ze światłowodem Źródło: Trumpf

Źródło: Schinzel Prowadzenie wiązki wszystkich laserów oprócz lasera CO 2 Wiązka laserowa prowadzona za pomocą światłowodu d f = d k f f f k d f - średnica plamki w ognisku d k - średnica rdzenia światłowodu f k - ogniskowa soczewki kolimującej f f - ogniskowa soczewki skupiającej

Źródło: Kanatey, Trumpf, IFS Prowadzenie wiązki lasera CO 2 użycie soczewki użycie zwierciadła wklęsłego

Źródło: II-IV Infrared Zwierciadła do lasera CO 2 płaskie cylindryczne paraboliczne

Źródło: II-IV Infrared Lustra i soczewka skupiająca lasera CO 2 Lasery dużej mocy, zwierciadła miedziane Soczewka skupiająca ze specjalnego materiału selenek cynku ZnSe

Źródło: II-IV Infrared Soczewka skupiająca ZnSe Zagrożenia ZnSe: materiał kruchy silnie toksyczne opary bardzo toksyczny w krwioobiegu

Dziękuję za uwagę Oddziaływanie laserów z materią