Системы фокусировки и отклонения лазерного излучения для технологических процессов обработки материалов (стр. 12 )

На основании проведенных расчетов нами построены графики для выбора r1опт в зависимости от диаметра луча и расходимости W0.832 как для внеосевых, так и для осевых объективов (рис.18). Осевые сис­темы рассчитывались исходя из тех же соображений, что и внеосевые.

Описание конструкции и юстировке

Эксперименты до сварке с обращенными объективами Кассегрена проводились на установках использова­нием четырех объективов с различными параметрами: двух осевых и двух внеосевых (см. табл. I)

Параметры объективов, м Таблица I

Параметры внеосевото объектива № 4 выбраны по графикам на рис. 18., т. е. этот объектив является оптимальным по концентрации энергии. Осевой объектив № I также близок к оптимальному. Отметим, что диа­метр малого зеркала объектива и 4 значительно меньше диаметра луча ЛТ-1 на выходной апертуре. Поэтому резонатор лазера юстиро­вался таким образом, чтобы луч был сходящимся, а объектив при сварке устанавливался на таком расстоянии от лазера, где диаметр луча не превышал 0,025 м.

Конструкции объективов рассмотрим на примере внеосевого объектива №4. Общие виды зеркал приведены на рис.19. Малое выпук­лое зеркало (рис.19а) выполнено полым. Корпус (4)- медный, решетка (3)- из нержавеющей стали. Через отверстие в решетке в полость корпуса введены ниппели: (I) - для подачи охлаждающей жидкости (во­ды). (2) - для вывода ее. Вогнутое зеркало (рис.19,б) изготовлено по тому же принципу. Медный корпус (2) охлаждается проточной водой, поступающей по трубкам (1) из пространства между решеткой [3] и крышкой (4). Ввод и ввод воды производится через ниппели (7) причем ввод черед осевой ниппель. Ниппели соединены с крышкой и решеткой через штуцеры (5) и (6), герметизация обеспечивается прокладками (8)

Корпус объектива (рис.20) выполнен в виде цилиндрической трубы. Вогнутое зеркало (2) установлено неподвижно, выпуклое (1) снабже­но блоком юстировки, состоящим из основания оправы (3), регулируе­мой винтами (6) и (8), и корпуса оправы (4) с винтом (5), и дифференциальными винтами (7). Зеркало укреплено в оправе. Таким образом, юс­тировка объектива осуществляется путем настройки зеркала (I) отно­сительно неподвижного зеркала (2).

Излучение вводится в объектив через патрубок (10), который для облегчения юстировки системы установлен на корпусе соосно с траекторией фокусируемого лазерного луча. Вывод излучения из кор­пуса осуществляется через отверстие в нижней части.

Юстировку объектива производили с помощью луча маломощного Не-Ne - лазера (l = 0,6327 мкм). Юстировка заключалась в том, что­бы найти взаимное положение зеркал, при котором аберрации были бы минимальными. Схема стенда для юстировки объектива приведена на рис.21.

Лазерный луч (3) Не-Ne - лазера (I) с помощью поворотных плоских зеркал (2) направлялся в коллиматор (4). Согласно паспортным данным, расходимость луча He-Ne лазера по уровню 50% мощности не превы­шала I,74×I0-3. Диаметр луча на входе в коллиматор » 2×I0-3, на выходе » 0,1м. Таким образом» диаметр луча увеличился примерно в 50 раз, следовательно, расходимость во столько же раз уменьшилась и составила по уровню 50% мощности, примерно 3,5×I0-5 рад. После коллиматора на пути луча устанавливали диафрагму с круглым отверстием Æ 0.023м. Полный угол дифракции на диафрагме W0.838 =2.44 l/О » 2×I0-5 рад, т. е. расходимость луча Нe-Ne лазера после диафрагмы не превышала I0-4 рад. При фокусировке такого луча объективом 6, имеющим фокусное расстояние F =0,073м дифракционное расширение сфокусированного луча W0.838 F была незначительна. Поэтому поперечные размеры фокального пятна в основном определялись аберрационным кружком рассеяния. Сфокусированный луч визуализировался на матовой стеклянной пластинке 7 и измерялся с помощью микроскопа 8, снабженного микрометрическим винтом с ценой деле­ния 1,25 мкм.

Юстировка осуществлялась следующим обрезом. Как было указано ранее, вогнутое зеркало объектива неюстируемое, однако оно установлено таким образом, что его ось совпадает с осью кор­пуса. Поэтому первоначально ось корпуса (положение её отмечено на внешней стороне корпуса) с помощью угломера выставлялась под заданным расчетным углом к оси лазерного луча. Затем с помощью котировочных винтов выставлялось малое зеркало с тем, чтобы оно перекрывало весь лазерный луч, а отраженный от него луч распола­гался концентрически на большом зеркале. При этом контролирова­лось отсутствие касания лазерного луча элементов корпуса. Затем устанавливались матовая пластинка и микроскоп, и с помощью винтов подбиралось такое положение малого зеркала, при котором размеры фокального пятна были бы минимальными.

При юстировке объектива 4 был достигнут размер фокального пятна, не превышающий 40 мкм. Это в 4-5 раз меньше, чем у самой лучшей линзы с тем же фокусным расстоянием.

В технологическом стенде съюстированный объектив устанавли­вался с помощью Не-Ne лазера, луч которого предварительно со­вмещался с траекторией луча CO2 лазера.