01소개
본질적으로 광원에서 적용 영역으로 빔을 안내하는 다양한 유형의 빔 전달 시스템이 현재 개발되었습니다. 대부분의 경우 사용되는 광원은 일종의 레이저입니다. 예를 들어 레이저 재료 가공에서는 산업용 레이저의 출력을 공작물에 유도하여 레이저에 노출되도록 해야 합니다. 산업 처리에서 빔 전달 시스템은 일반적으로 로봇 기술과 함께 사용됩니다. 일반적으로 로봇 팔의 레이저 가공 헤드에는 고정 레이저가 공급됩니다. 또 다른 접근 방식은 충분히 작고 견고한 레이저를 로봇 팔에 직접 장착하여 필요한 빔 경로의 길이를 최소화하고 이동성을 최대화하는 것입니다. 빔 전달 시스템의 장점은 레이저 소스를 적용 영역 근처가 아닌 보호되고 유지 관리가 쉬운 영역에 배치할 수 있다는 것입니다. 또한 이동식 전달 시스템을 사용하면 무거운 레이저 자체를 이동하지 않고도 레이저 빔을 넓은 영역으로 이동할 수 있습니다. 그러나 장빔 전달 시스템의 경우 광 전력 손실, 비선형 효과로 인한 제한 또는 펄스 확장 문제(초단 펄스의 경우)와 같은 몇 가지 단점이 있을 수도 있습니다.
02무료-공간빔 전송 시스템
레이저의 자유{0}}공간 출력 빔은 거울을 사용하여 유도될 수 있습니다. 고품질-, 반사율이 높은 유전체 거울을 사용하면 극도로 높은 광 출력 수준을 처리할 수 있습니다. 여러 개의 미러가 필요한 경우에도 전송률(입력 전력에 대한 출력 전력의 비율)은 100%에 매우 가까울 수 있습니다. 유전체 거울은 제한된 파장 범위 내에서만 효과적입니다. 따라서 이러한 장비는 일반적으로 특정 유형의 레이저용으로 제조되며, 1064nm 및 1030nm 파장의 Nd:YAG 및 Yb:YAG 레이저에 적합하지만 1500nm 또는 2000nm 파장에서는 작동할 수 없습니다. 그러나 거울은 자외선(예: 엑시머 레이저)부터 가시 범위(예: 주파수-2배 Yb:YAG 레이저), 적외선 범위(예: CO2 레이저)에 이르기까지 광범위한 파장에 대해 시중에 나와 있습니다. 가장 간단한 빔 전송 시스템에는 고정된 빔 경로가 있습니다. 예를 들어 원래 수평 빔을 공작물 아래쪽으로 향하게 하기 위해 1~2개의 90도 편향만 포함됩니다. 전체 빔 경로는 밀폐된 도관 시스템으로 둘러싸여 있으며, 그 끝에는 레이저 처리 헤드가 있습니다. 밀봉 요소를 교체하여 경로를 수정할 수 있지만 작동 중에는 변경할 수 없습니다.
고전적인 자유{0}}공간 빔 전송 솔루션은 힌지형 미러 암으로, 힌지형 반사 암에 통합된 거울을 통해 이동 가능한 광 경로가 구현됩니다. 조인트 설계는 최소 토크가 적용될 때만 움직이도록 보장합니다. 그렇지 않으면 위치가 그대로 유지됩니다. 구성요소의 무게는 균형추, 스프링 또는 기타 수단으로 보상될 수 있으므로 위치 조정이 더 쉬워집니다. 부드러운 움직임과 안정적인 빔 위치를 달성하고 드리프트 및 진동과 같은 문제를 방지하려면 사용되는 광기계 장치가 매우 정확해야 합니다. 빔 전송 광학 시스템의 끝 부분에는 일반적으로 헤드셋, 고정 레이저 처리 헤드 또는 스캐닝 헤드와 같은 광학 장치가 연결됩니다. 일반적으로 빔은 적용 영역에 초점을 맞추는 반면, 다른 경우에는 더 넓은 대상 영역을 비춥니다.
03 광섬유 빔 전송 시스템 광섬유 전송은 레이저 빔을 전달하는 매우 유연한 방법입니다. 일반적으로 레이저 전송에 사용되는 섬유는 깨지기 쉬운 섬유를 보호하기 위한 외부 피복을 포함하는 보호용 광케이블에 캡슐화되어 있으며 우발적인 섬유 손상으로 인한 레이저 누출을 실시간으로 감지할 수 있는 내장형-케이블 모니터링 시스템과 같은 추가 기능도 통합할 수 있습니다. 가장 일반적인 광학 유리 섬유인 석영 섬유는 전송 거리가 수 미터 이상인 특정 파장 범위에 걸쳐 매우 낮은 전송 손실로 빛 에너지를 전달할 수 있습니다. 파장 범위는 대부분의 산업용 레이저가 작동하는 근{5}}적외선 영역을 포괄합니다. 하지만 이 자료의 한계도 분명합니다. 고출력 응용 분야에서 석영 섬유는 자외선 범위(예: 엑시머 레이저)와 원적외선 범위에서 전송 기능이 제한되어 있습니다.- 일반적인 예는 파장이 10600nm인 CO2 레이저의 경우 현재 고출력 빔을 효과적으로 전송할 수 있는 성숙한 섬유가 거의 없으며 관절형 암이 이 분야에서 일반적으로 사용되는 솔루션입니다. 전송되는 광 출력이 높을수록 광섬유 코어 직경이 커져야 합니다. 이는 부분적으로 코어 내의 출력 밀도를 줄여 손상을 방지하고 부분적으로는 일반적으로 고출력 레이저 소스와 관련된 더 큰 빔 매개변수 곱(BPP)과 일치시키기 위한 것입니다. 레이저를 섬유에 효과적으로 결합하려면 섬유에 코어와 클래딩 사이의 굴절률 차이에 의해 결정되는 충분히 큰 개구수(NA)가 필요합니다. 큰 코어 직경과 높은 NA의 조합으로 인해 수많은 유도 모드가 발생하여 광섬유 내에서 빔 전파가 매우 복잡해집니다. 전체 광 손실이 적더라도 다양한 모드 간의 에너지 재분배로 인해 빔 밝기가 감소하는 경우가 많으며, 이를 일반적으로 빔 품질 저하라고 합니다. 광섬유 출력에는 일반적으로 처리 헤드 또는 스캐닝 헤드와 같은 추가 광학 요소가 장착됩니다. 기본적으로 이 헤드는 빔의 위치와 방향을 결정하며 단순히 광섬유 케이블을 움직이는 것만으로는 빔 특성에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그러나 섬유를 구부리면 섬유 모드 간의 전력 분포를 변경하는 모드 결합이 쉽게 발생하여 섬유의 빔 발산과 섬유 출력의 강도 분포의 '중심'에 영향을 미치고 잠재적으로 출력 빔 품질이 저하됩니다.
