یکی از اشتباهات رایج هنگام خرید یا تعویض قطعات اپتیکی لیزر، انتخاب لنز صرفاً بر اساس اندازه و ظاهر آن است. در حالی که تفاوت لنز دستگاه فایبر با لنز دستگاه‌های دیگر بیشتر به طول موج لیزر، جنس اپتیک، نوع پوشش، فاصله کانونی و توان قابل تحمل لنز مربوط می‌شود.
لنز دستگاه فایبر برای عبور و تمرکز طول موج مورد استفاده در سیستم‌های فایبر طراحی می‌شود و نمی‌توان آن را بدون بررسی مشخصات فنی جایگزین لنز دستگاه‌هایی مانند CO2، UV یا سایر سیستم‌های لیزری کرد.
تفاوت لنز دستگاه فایبر با لنز دستگاه‌های دیگر از نظر طول موج
مهم‌ترین عامل، طول موج است. پوشش ضدبازتاب و جنس لنز باید متناسب با طول موج لیزر انتخاب شود.
| نوع سیستم لیزر | طول موج متداول | ویژگی اپتیکی مهم |
|---|---|---|
| فایبر | حدود 1030 تا 1080 نانومتر | اپتیک و پوشش مخصوص Near-IR |
| Nd | معمولاً 1064 نانومتر | اپتیک سازگار با 1064 nm |
| CO2 | معمولاً 10.6 میکرومتر | اپتیک مناسب Mid-IR مانند ZnSe |
| UV | 355 نانومتر در برخی سیستم‌ها | پوشش و اپتیک مخصوص UV |
به همین دلیل، دو لنز که از نظر قطر و شکل کاملاً مشابه هستند، ممکن است از نظر اپتیکی قابل جایگزینی نباشند.
جنس لنز فایبر چه تفاوتی دارد؟
در بسیاری از سیستم‌های فایبر، از اپتیک‌های Fused Silica با جذب پایین و پوشش ضدبازتاب متناسب با طول موج دستگاه استفاده می‌شود. این نوع اپتیک می‌تواند برای سیستم‌های لیزری پرتوان مناسب باشد. برای نمونه، لنزهای F-Theta مخصوص محدوده 1030 تا 1080 نانومتر با زیرلایه Fused Silica برای لیزرهای فایبر و Yb-doped عرضه می‌شوند.
در مقابل، در سیستم‌های CO2 استفاده از Zinc Selenide یا ZnSe رایج است؛ زیرا این ماده در محدوده طول موج 10.6 میکرومتر عملکرد مناسبی دارد و برای کاربردهای CO2 پرتوان نیز استفاده می‌شود.
بنابراین جنس لنز فقط یک انتخاب مکانیکی نیست و مستقیماً با طول موج دستگاه ارتباط دارد.
تفاوت در پوشش سطح لنز
یکی دیگر از عوامل مهم در تفاوت لنز دستگاه فایبر با لنز دستگاه‌های دیگر، پوشش اپتیکی یا Coating است.
پوشش ضدبازتاب باعث کاهش بازتاب نور از سطح لنز و افزایش عبور انرژی لیزر می‌شود. این پوشش برای یک محدوده طول موج مشخص طراحی می‌شود.
برای مثال، پوششی که برای حدود 1064 نانومتر بهینه شده است، الزاماً برای لیزر CO2 با طول موج 10.6 میکرومتر مناسب نیست. در نتیجه استفاده از لنز نامتناسب می‌تواند باعث افزایش بازتاب، جذب انرژی، گرم شدن اپتیک و افت عملکرد سیستم شود.
آیا فاصله کانونی لنزهای فایبر متفاوت است؟
فاصله کانونی یکی دیگر از مشخصات مهم لنز دستگاه فایبر است، اما مقدار مناسب آن به طراحی دستگاه و کاربرد بستگی دارد.
تغییر فاصله کانونی می‌تواند روی موارد زیر اثر بگذارد:
- اندازه نقطه فوکوس
- فاصله کاری هد تا قطعه
- عمق فوکوس
- کیفیت برش یا حکاکی
- محدوده پردازش در سیستم‌های گالوو
به همین دلیل حتی دو لنز مخصوص فایبر نیز فقط زمانی قابل جایگزینی هستند که مشخصات اپتیکی و مکانیکی آنها با سیستم سازگار باشد.
فاصله کانونی مستقیماً روی نقطه فوکوس و نتیجه نهایی کار اثر می‌گذارد؛ در مقاله نقش فاصله کانونی در کیفیت برش و حکاکی لیزر این موضوع کامل‌تر بررسی شده است.
لنز دستگاه برش فایبر با لنز مارکینگ فایبر یکی است؟
خیر. حتی در خانواده دستگاه‌های فایبر نیز همه لنزها یکسان نیستند.
در دستگاه‌های برش فایبر، مجموعه اپتیکی هد وظیفه هدایت و فوکوس پرتو روی ورق را بر عهده دارد و معمولاً شامل لنز فوکوس و شیشه‌های محافظ نیز می‌شود.
در دستگاه‌های فایبر مارکینگ، معمولاً از لنزهای اسکن یا F-Theta استفاده می‌شود. این لنزها طوری طراحی شده‌اند که پرتو اسکن‌شده توسط گالوو را در سطح مشخصی فوکوس کنند و ابعاد محدوده کاری آنها نیز به طراحی لنز وابسته است. نمونه‌های تجاری F-Theta برای لیزرهای فایبر در محدوده 1030 تا 1080 نانومتر طراحی می‌شوند.
پس حتی عبارت «لنز فایبر» به‌تنهایی برای انتخاب قطعه کافی نیست.
قبل از خرید لنز دستگاه فایبر چه مواردی را بررسی کنیم؟
قبل از خرید، حداقل این موارد را بررسی کنید:
- طول موج منبع لیزر
- نوع دستگاه؛ برش، جوش یا مارکینگ
- توان دستگاه
- نوع و مدل هد یا گالوو
- قطر و ضخامت لنز
- فاصله کانونی
- نوع پوشش اپتیکی
- نوع لنز؛ فوکوس، Collimation، Protective Window یا F-Theta
- شماره فنی قطعه قبلی
- مشخصات اعلام‌شده توسط سازنده دستگاه
صرفاً یکسان بودن قطر لنز یا امکان قرار گرفتن آن داخل نگهدارنده، به معنی سازگاری اپتیکی نیست.
اگر قصد تعویض یا خرید لنز دارید، بهتر است قبل از انتخاب مشخصات اصلی را در راهنمای خرید لنز دستگاه لیزر بررسی کنید.
استفاده از لنز اشتباه چه مشکلاتی ایجاد می‌کند؟
استفاده از لنزی که برای طول موج یا توان دستگاه طراحی نشده باشد، می‌تواند باعث افت انتقال انرژی، تغییر کیفیت فوکوس، افزایش حرارت و کاهش عمر قطعات اپتیکی شود.
در سیستم‌های پرتوان، انتخاب نادرست اپتیک حتی می‌تواند باعث آسیب‌دیدگی لنز یا سایر اجزای مسیر پرتو شود.
نکته ایمنی
هنگام بررسی یا تعویض لنز دستگاه فایبر، دستگاه باید طبق دستورالعمل سازنده در وضعیت ایمن قرار گیرد. هیچ‌گاه مسیر پرتو دستگاه لیزر پرتوان را در شرایط فعال باز یا بررسی نکنید.
همچنین برای انتخاب لنز، مشخصات Datasheet دستگاه و هد را مبنا قرار دهید و تنها به ظاهر قطعه قبلی اعتماد نکنید.
نتیجه‌گیری
در پاسخ به سؤال تفاوت لنز دستگاه فایبر با لنز دستگاه‌های دیگر چیست؟ باید گفت مهم‌ترین تفاوت در طول موج کاری، جنس اپتیک، پوشش ضدبازتاب، فاصله کانونی، تحمل توان و طراحی سیستم اپتیکی است.
لنز دستگاه فایبر باید دقیقاً با منبع لیزر و ساختار هد یا سیستم اسکن دستگاه سازگار باشد. بنابراین استفاده از لنز CO2 یا حتی یک لنز فایبر با مشخصات متفاوت، صرفاً به دلیل مشابه بودن ابعاد آن، انتخاب درستی نیست.
برای خرید لنز بهتر است ابتدا طول موج، توان، مدل هد، فاصله کانونی و شماره فنی قطعه فعلی بررسی شود.