Introducción
El efecto de lente térmica es un fenómeno observado en sistemas láser donde el gradiente de temperatura generado por la energía láser absorbida provoca cambios en el índice de refracción del medio láser, lo que lleva a un cambio en las propiedades de enfoque del rayo láser. Este efecto puede afectar significativamente el rendimiento y la estabilidad de los sistemas láser de alta potencia, como el láser de fibra pulsada HFM-250W.
Comprender el efecto de la lente térmica
Cuando los componentes ópticos se exponen a una irradiación láser continua, como se ve en las máquinas de marcado láser de fibra, las temperaturas elevadas pueden provocar deformación térmica. Esto, a su vez, afecta el índice de refracción de los elementos ópticos transmisores y la dirección de reflexión de los elementos ópticos reflectantes, afectando así a las características del rayo láser.
En el contexto del marcado con láser de fibra, el láser de salida del módulo aislador pasa a través de un espejo de dirección del haz y una lente de enfoque antes de marcar el material en el punto focal. Por lo tanto, el efecto de la lente térmica se nota principalmente en el galvanómetro y en la lente de campo.
Efectos sobre los elementos ópticos
El galvanómetro, compuesto por una placa controladora, un servomotor y un reflector óptico X-Y, puede experimentar deformación térmica debido a una baja reflectividad, impurezas o contaminación de la superficie. Esto conduce a una transformación de un espejo plano a uno convexo, lo que resulta en puntos de salida distorsionados y alteraciones en la distribución de energía después del enfoque.
Comparación de los efectos de las lentes térmicas en el galvanómetro
La lente de campo, formada por lentes convexas y cóncavas, desempeña un papel en el enfoque del punto de salida. Cuando la transmitancia es baja, hay impurezas presentes en el medio o la superficie de la lente está contaminada, la lente sufre deformación térmica, alterando su distancia focal y profundidad. Este efecto puede provocar que los puntos focales no residan en un único plano horizontal, lo que provoca efectos de marcado inconsistentes entre las regiones central y marginal.
Comparación de los efectos de las lentes térmicas en lentes de campo
Prueba del efecto de la lente térmica
Para evaluar el efecto de la lente térmica, se utilizó un láser de 250 W para crear tres líneas rectas sobre una superficie inclinada. Después de emitir luz al 90% de potencia durante 30 minutos, la lima se desplazó 1 mm hacia la izquierda y se creó otro conjunto de líneas. La medición de las diferencias de desplazamiento entre los dos conjuntos de líneas permite calcular el cambio de distancia focal inducido por el efecto térmico (∆H = d × sinθ), con potencias de láser mayores que magnifican el efecto de la lente térmica.
Método de prueba del efecto de lente térmica
Comparación de efectos térmicos con diferentes lentes
Utilizando el láser fibra HFM-250W con varias lentes, se obtuvieron resultados experimentales empleando el principio de prueba del efecto de lente térmica. Se observó que las lentes hechas de vidrio ordinario exhibían el mayor desplazamiento, lo que indica un pronunciado efecto de lente térmica. Por el contrario, las lentes elaboradas completamente con material de cuarzo exhibieron un desplazamiento mínimo, lo que significa un efecto de lente térmico menor.
Comparación de efectos térmicos de diferentes lentes
Conclusión
El efecto de lente térmica afecta significativamente la estabilidad del marcado con láser de fibra, particularmente para materiales sensibles. Para mitigar estos efectos, se recomiendan espejos de dirección de haz de calidad y lentes de enfoque fabricados completamente con material de cuarzo. El mantenimiento de rutina para prevenir la contaminación por impurezas y el reemplazo de elementos ópticos dañados son estrategias esenciales para minimizar la influencia de los efectos de las lentes térmicas.