01 Bevezetés
Jelenleg különféle típusú sugártovábbítási rendszereket fejlesztettek ki, amelyek lényegében a fényforrástól az alkalmazási területig vezetik a sugarat. A legtöbb esetben a használt fényforrás valamilyen lézer, például lézeres anyagfeldolgozásnál szükséges az ipari lézer kimenetét a munkadarabhoz vezetni, hogy az a lézer hatásának legyen kitéve. Az ipari feldolgozásban a sugártovábbítási rendszereket általában a robottechnológiával együtt alkalmazzák. A robotkaron lévő lézeres feldolgozófejet jellemzően egy álló lézer látja el. Egy másik megközelítés az, hogy egy megfelelően kompakt és robusztus lézert közvetlenül a robotkarra szerelnek fel, hogy minimálisra csökkentsék a szükséges sugárút hosszát és maximalizálják a mobilitást. A sugártovábbítási rendszerek előnye, hogy lehetővé teszik a lézerforrás védett és könnyen karbantartható területen történő elhelyezését, nem pedig az alkalmazási terület közelében. Ezenkívül a mozgatható szállítórendszerek lehetővé teszik a lézersugár nagy területen történő mozgatását anélkül, hogy magát a nehéz lézert elmozdítanák. A hosszú sugárnyalábú rendszerek esetében azonban előfordulhatnak bizonyos hátrányok is, mint például az optikai teljesítményvesztés, a nemlineáris hatások miatti korlátozások vagy az impulzusszélesítési problémák (ultrarövid impulzusok esetén).
02Free-Space Beam átviteli rendszer
A lézer szabad-térkimeneti sugara tükrök segítségével irányítható. Ha jó-minőségű, nagy-visszaverőképességű dielektromos tükröket használunk, rendkívül magas optikai teljesítményszintek kezelhetők. Még akkor is, ha több tükörre van szükség, azok átviteli sebessége (a kimenő teljesítmény és a bemeneti teljesítmény százalékos aránya) nagyon közel lehet a 100%-hoz. A dielektromos tükrök csak korlátozott hullámhossz-tartományon belül hatékonyak. Ezért az ilyen berendezéseket általában meghatározott típusú lézerekhez gyártják, amelyek alkalmasak Nd:YAG és Yb:YAG lézerekhez 1064 nm és 1030 nm hullámhosszon, de nem használhatók 1500 nm vagy 2000 nm hullámhosszon. A tükrök azonban széles hullámhossz-tartományban kaphatók a piacon, az ultraibolya sugárzástól (pl. excimer lézerek), a látható tartományig (pl. frekvencia{17}}dupla Yb:YAG lézerek) és az infravörös tartományig (pl. CO2 lézerek). A legegyszerűbb sugárátviteli rendszer fix sugárúttal rendelkezik, például csak egy vagy két 90 fokos elhajlást tartalmaz, hogy az eredetileg vízszintes sugarat lefelé irányítsák a munkadarabhoz. A teljes sugárút légmentesen záródó csőrendszerbe van zárva, melynek végén található a lézeres feldolgozófej. Az út tömítőelemek cseréjével módosítható, de üzem közben nem módosítható.
Klasszikus szabad{0}}térsugár-átviteli megoldás a csuklós tükörkar, ahol a csuklós fényvisszaverő karba integrált tükrök révén mozgatható fényút érhető el. A csukló kialakítása biztosítja, hogy csak minimális nyomaték alkalmazása esetén mozogjon; ellenkező esetben a helyén marad. Az alkatrészek súlya ellensúllyal, rugóval vagy más eszközzel kompenzálható, megkönnyítve a helyzetbeállítást. A zökkenőmentes mozgás és a stabil sugárpozíció elérése érdekében, elkerülve az olyan problémákat, mint az elsodródás és a vibráció, a használt optomechanikai eszközöknek rendkívül pontosaknak kell lenniük. A sugárátviteli optikai rendszer végén tipikusan optikai eszköz van csatlakoztatva, például fejhallgató, rögzített lézeres feldolgozófej vagy letapogatófej. Általában a sugár az alkalmazási területre fókuszál, míg más esetekben nagyobb célterületet világít meg.
03 Fiber Optic Beam Transmission System A száloptikai átvitel rendkívül rugalmas módszer a lézersugarak továbbítására. A lézeres átvitelhez használt szálak általában védő optikai kábelekbe vannak beágyazva, amelyek külső burkolattal rendelkeznek a törékeny szálak védelmére, és további funkciókat is tartalmazhatnak, például egy beépített{2}}kábel-figyelő rendszert, amely valós időben képes észlelni a lézerszivárgást a véletlen szálkárosodás miatt. A kvarcszál, mint a legelterjedtebb optikai üvegszál, nagyon alacsony átviteli veszteséggel képes fényenergiát leadni egy meghatározott hullámhossz-tartományban, több méteres vagy még ennél is nagyobb átviteli távolsággal. Hullámhossz-tartománya lefedi azt a közeli infravörös tartományt, ahol a legtöbb ipari lézer működik. Azonban ennek az anyagnak a korlátai is nyilvánvalóak. A nagy-teljesítményű alkalmazásokban a kvarcszálak korlátozott átviteli képességgel rendelkeznek az ultraibolya tartományban (például az excimer lézerek) és a távoli-infravörös tartományban. Tipikus példa, hogy egy 10600 nm hullámhosszú CO₂ lézer esetében jelenleg szinte nincs olyan érett szál, amely hatékonyan tudná továbbítani a nagy teljesítményű sugarát, és a csuklós karok általánosan használt megoldást jelentenek ezen a területen. Minél nagyobb az átvitt optikai teljesítmény, annál nagyobbnak kell lennie a szálmag átmérőjének. Ez részben a magon belüli teljesítménysűrűség csökkentését szolgálja, hogy elkerülje a károsodást, részben pedig a nagy teljesítményű lézerforrásokhoz általában jellemző nagyobb sugárparaméter-termékhez (BPP) való illeszkedés érdekében. A lézer szálhoz való hatékony csatlakoztatásához a szálnak kellően nagy numerikus apertúrára (NA) van szüksége, amelyet a mag és a burkolat közötti törésmutató-különbség határoz meg. A nagy magátmérő és a nagy NA kombinációja számos irányított módot eredményez, ami rendkívül bonyolulttá teszi a szálon belüli nyaláb terjedését. Még ha a teljes optikai veszteség kicsi is, a különböző módok közötti energia-újraelosztás gyakran a sugár fényerejének csökkenéséhez vezet, amit általában csökkent sugárminőségnek neveznek. A szálas kimenetek jellemzően további optikai elemekkel vannak felszerelve, például feldolgozófejekkel vagy lapolvasó fejekkel. Lényegében ez a fej határozza meg a sugár helyzetét és irányát, és pusztán az üvegszálas kábel mozgatása csekély hatással van a sugár jellemzőire. A szál hajlítása azonban könnyen mód-csatolást okoz, ami megváltoztatja az energiaeloszlást a szálmódok között, befolyásolva mind a sugárnyaláb eltérését a száltól, mind az intenzitáseloszlás „centroidját” a szálkimenetnél, ami potenciálisan a kimeneti sugár minőségének megfelelő romlásához vezethet.
