01Giriş
Şu anda, esasen ışının ışık kaynağından uygulama alanına yönlendirilmesini sağlayan farklı türde ışın dağıtım sistemleri geliştirilmiştir. Çoğu durumda, kullanılan ışık kaynağı bir tür lazerdir; örneğin, lazerli malzeme işlemede, endüstriyel bir lazerin çıktısını, lazere maruz kalacak şekilde iş parçasına yönlendirmek gerekir. Endüstriyel işlemede ışın dağıtım sistemleri genellikle robotik teknolojiyle birlikte kullanılır. Tipik olarak robotik koldaki lazer işleme kafası sabit bir lazer tarafından beslenir. Diğer bir yaklaşım ise gerekli ışın yolunun uzunluğunu en aza indirmek ve hareketliliği en üst düzeye çıkarmak için yeterince kompakt ve sağlam bir lazeri doğrudan robot koluna monte etmektir. Işın dağıtım sistemlerinin avantajı, lazer kaynağının uygulama alanına yakın olmak yerine korunan ve bakımı kolay bir alana yerleştirilmesine olanak sağlamasıdır. Ayrıca hareketli dağıtım sistemleri, ağır lazeri hareket ettirmeden lazer ışınının geniş bir alan üzerinde hareket etmesine de olanak tanır. Bununla birlikte, uzun ışın dağıtım sistemleri için optik güç kaybı, doğrusal olmayan etkilerden kaynaklanan sınırlamalar veya darbe genişletme sorunları (ultra kısa darbeler için) gibi bazı dezavantajlar da olabilir.
02Ücretsiz-Uzay Işını İletim Sistemi
Bir lazerin boş-uzay çıkış ışını aynalar kullanılarak yönlendirilebilir. Yüksek-kaliteli, yüksek-yansıtıcılığa sahip dielektrik aynalar kullanılırsa son derece yüksek optik güç seviyeleriyle başa çıkılabilir. Birden fazla ayna gerekli olduğunda bile iletim hızları (çıkış gücünün giriş gücüne oranı) %100'e çok yakın olabilir. Dielektrik aynalar yalnızca sınırlı bir dalga boyu aralığında etkilidir. Bu nedenle, bu tür ekipmanlar genellikle 1064 nm ve 1030 nm dalga boylarında Nd:YAG ve Yb:YAG lazerlere uygun, ancak 1500 nm veya 2000 nm dalga boylarında çalıştırılamayan belirli lazer türleri için üretilir. Bununla birlikte, piyasada morötesinden (ör. excimer lazerler), görünür aralığa (ör. frekansı-iki katına çıkarılmış Yb:YAG lazerler) ve kızılötesi aralığa (ör. CO2 lazerler) kadar geniş bir dalga boyu aralığı için aynalar mevcuttur. En basit ışın iletim sistemi sabit bir ışın yoluna sahiptir; örneğin orijinal olarak yatay olan ışının aşağıya doğru iş parçasına doğru yönlendirilmesi için yalnızca bir veya iki adet 90 derecelik sapmayı içerir. Işın yolunun tamamı, ucunda lazer işleme kafasının bulunduğu, hava geçirmez bir kanal sistemiyle çevrelenmiştir. Yol, sızdırmazlık elemanları değiştirilerek değiştirilebilir ancak çalışma sırasında değiştirilemez.
Klasik bir serbest-uzay ışın iletimi çözümü, menteşeli yansıtıcı kola entegre edilmiş aynalar aracılığıyla hareketli bir ışık yolunun elde edildiği menteşeli ayna koludur. Bağlantı tasarımı yalnızca minimum tork uygulandığında hareket etmesini sağlar; aksi takdirde konumunda kalır. Bileşenlerin ağırlığı karşı ağırlıklar, yaylar veya başka araçlarla dengelenerek konum ayarlamaları kolaylaştırılabilir. Kayma ve titreşim gibi sorunlardan kaçınarak düzgün hareket ve sabit bir ışın konumu elde etmek için kullanılan optomekanik cihazların son derece hassas olması gerekir. Işın iletimli optik sistemin ucuna tipik olarak kulaklık, sabit bir lazer işleme kafası veya bir tarama kafası gibi bir optik cihaz bağlanır. Genellikle ışın uygulama alanına odaklanırken diğer durumlarda daha büyük bir hedef alanı aydınlatır.
03 Fiber Optik Işın İletim Sistemi Fiber optik iletim, lazer ışınlarını iletmek için oldukça esnek bir yöntemdir. Tipik olarak, lazer iletimi için kullanılan fiberler, hassas fiberleri korumak için bir dış kılıf içeren koruyucu optik kablolar içinde kapsüllenir ve aynı zamanda kazara fiber hasarından kaynaklanan lazer sızıntısını gerçek zamanlı olarak tespit edebilen yerleşik bir kablo izleme sistemi gibi ek özellikleri de entegre edebilir. En yaygın optik cam elyafı olan kuvars elyafı, belirli bir dalga boyu aralığında, birkaç metre veya daha uzak iletim mesafeleriyle ışık enerjisini çok düşük iletim kaybıyla iletebilir. Dalga boyu aralığı, çoğu endüstriyel lazerin çalıştığı yakın-kızılötesi bölgeyi kapsar. Ancak bu malzemenin sınırlamaları da açıktır. Yüksek-güç uygulamalarında, kuvars fiberlerin ultraviyole aralığında (excimer lazerler gibi) ve uzak-kızılötesi aralığında sınırlı iletim yetenekleri vardır. Tipik bir örnek, 10600 nm dalga boyuna sahip bir CO₂ lazer için şu anda yüksek güç ışınını etkili bir şekilde iletebilecek neredeyse hiç olgun fiberin bulunmaması ve mafsallı kolların bu alanda yaygın olarak kullanılan bir çözüm olmasıdır. İletilecek optik güç ne kadar yüksek olursa, fiber çekirdek çapının da o kadar büyük olması gerekir. Bunun amacı kısmen çekirdek içindeki güç yoğunluğunu azaltarak hasarı önlemek ve kısmen de genellikle yüksek{15}}güçlü lazer kaynaklarıyla ilişkilendirilen daha büyük ışın parametresi ürününü (BPP) eşleştirmek içindir. Lazeri fibere etkili bir şekilde bağlamak için fiberin, çekirdek ve kaplama arasındaki kırılma indisi farkıyla belirlenen yeterince büyük bir sayısal açıklığa (NA) ihtiyacı vardır. Büyük bir çekirdek çapı ve yüksek NA'nın kombinasyonu, çok sayıda kılavuzlu moda yol açarak, fiber içindeki ışın yayılımını son derece karmaşık hale getirir. Genel optik kayıp küçük olsa bile, enerjinin farklı modlar arasında yeniden dağıtılması genellikle ışın kalitesinin azalması olarak adlandırılan ışın parlaklığının azalmasına yol açar. Fiber çıkışlar genellikle işleme kafaları veya tarama kafaları gibi ek optik öğelerle donatılmıştır. Temel olarak bu kafa, ışının konumunu ve yönünü belirler ve yalnızca fiber kabloyu hareket ettirmenin ışın özellikleri üzerinde çok az etkisi vardır. Bununla birlikte, fiberin bükülmesi kolaylıkla mod eşleşmesine neden olur; bu da fiber modları arasındaki güç dağılımını değiştirir, hem fiberden ışın sapmasını hem de fiber çıkışındaki yoğunluk dağılımının 'merkezini' etkiler ve potansiyel olarak çıkış ışın kalitesinde karşılık gelen bir düşüşe yol açar.
