01 Indledning
Der er i øjeblikket udviklet forskellige typer stråleleveringssystemer, som i det væsentlige leder strålen fra lyskilden til anvendelsesområdet. I de fleste tilfælde er den anvendte lyskilde en slags laser, for eksempel ved lasermaterialebehandling er det nødvendigt at lede outputtet fra en industriel laser til emnet, så det udsættes for laseren. I industriel forarbejdning bruges stråleleveringssystemer normalt i forbindelse med robotteknologi. Typisk forsynes laserbehandlingshovedet på robotarmen af en stationær laser. En anden tilgang er at montere en tilstrækkelig kompakt og robust laser direkte på robotarmen for at minimere længden af den krævede strålevej og maksimere mobiliteten. Fordelen ved stråleleveringssystemer er, at de tillader, at laserkilden kan placeres i et beskyttet og let at vedligeholde område i stedet for i nærheden af applikationsområdet. Derudover tillader bevægelige leveringssystemer også laserstrålen at blive flyttet over et stort område uden at flytte selve den tunge laser. For langstråleleveringssystemer kan der dog også være nogle ulemper, såsom optisk effekttab, begrænsninger på grund af ikke-lineære effekter eller problemer med pulsudvidelse (for ultrakorte pulser).
02Gratis-Space Beam Transmission System
Den frie-udgangsstråle fra en laser kan styres ved hjælp af spejle. Hvis der anvendes dielektriske spejle af høj-kvalitet og høj-reflektivitet, kan ekstremt høje optiske effektniveauer håndteres. Selv når der kræves flere spejle, kan deres transmissionshastighed (procentdelen af udgangseffekt til inputeffekt) være meget tæt på 100 %. Dielektriske spejle er kun effektive inden for et begrænset bølgelængdeområde. Derfor fremstilles sådant udstyr sædvanligvis til specifikke typer lasere, velegnet til Nd:YAG- og Yb:YAG-lasere ved bølgelængder på 1064nm og 1030nm, men kan ikke betjenes ved bølgelængder på 1500nm eller 2000nm. Men spejle er tilgængelige på markedet for en lang række bølgelængder, fra ultraviolet (f.eks. excimer-lasere), til det synlige område (f.eks. frekvens-dobbelt Yb:YAG-laser) og til det infrarøde område (f.eks. CO2-lasere). Det enkleste stråletransmissionssystem har en fast strålebane, som f.eks. kun involverer en eller to 90 graders afbøjninger for at rette den oprindelige vandrette stråle nedad til emnet. Hele strålevejen er indesluttet i et lufttæt ledningssystem, for enden af dette er laserbehandlingshovedet. Banen kan ændres ved at udskifte tætningselementer, men kan ikke ændres under drift.
En klassisk fri-løsning med rumstråletransmission er den hængslede spejlarm, hvor der opnås en bevægelig lysbane gennem spejle integreret i den hængslede reflekterende arm. Samlingsdesignet sikrer, at det kun bevæger sig, når der påføres et minimumsmoment; ellers forbliver den på plads. Vægten af komponenterne kan kompenseres med kontravægte, fjedre eller andre midler, hvilket gør positionsjusteringer nemmere. For at opnå jævn bevægelse og en stabil stråleposition og undgå problemer såsom drift og vibrationer, skal de optomekaniske enheder, der anvendes, være meget præcise. For enden af det optiske stråletransmissionssystem er en optisk enhed typisk forbundet, såsom et headset, et fast laserbehandlingshoved eller et scanningshoved. Normalt er strålen fokuseret på anvendelsesområdet, mens den i andre tilfælde oplyser et større målområde.
03 Fiberoptisk stråletransmissionssystem Fiberoptisk transmission er en meget fleksibel metode til levering af laserstråler. Typisk er de fibre, der bruges til lasertransmission, indkapslet i beskyttende optiske kabler, der inkluderer en ydre kappe for at beskytte de skrøbelige fibre og kan også integrere yderligere funktioner, såsom et indbygget -kabelovervågningssystem, der kan registrere laseren, der lækker på grund af utilsigtet fiberskade i realtid. Kvartsfiber, som den mest almindelige optiske glasfiber, kan levere lysenergi med meget lavt transmissionstab over et bestemt bølgelængdeområde, med transmissionsafstande på flere meter eller endda længere. Dets bølgelængdeområde dækker det nære-infrarøde område, hvor de fleste industrielle lasere fungerer. Begrænsningerne ved dette materiale er dog også tydelige. I applikationer med høj-effekt har kvartsfibre begrænsede transmissionsevner i det ultraviolette område (såsom excimer-lasere) og det fjerne-infrarøde område. Et typisk eksempel er, at for en CO₂-laser med en bølgelængde på 10600 nm er der i øjeblikket næsten ingen modne fibre, der effektivt kan transmittere dens høje-effektstråle, og ledarme er en almindeligt anvendt løsning på dette område. Jo højere den optiske effekt, der skal transmitteres, jo større skal fiberkernens diameter være. Dette er dels for at reducere effekttætheden i kernen for at forhindre beskadigelse og dels for at matche det større stråleparameterprodukt (BPP), der typisk er forbundet med laserkilder med{15}}høj effekt. For effektivt at koble laseren ind i fiberen har fiberen brug for en tilstrækkelig stor numerisk åbning (NA), som bestemmes af brydningsindeksforskellen mellem kernen og beklædningen. Kombinationen af en stor kernediameter og høj NA fører til et stort antal guidede tilstande, hvilket gør stråleudbredelsen i fiberen ekstremt kompleks. Selv hvis det samlede optiske tab er lille, fører energiomfordeling mellem forskellige tilstande ofte til nedsat strålelysstyrke, almindeligvis omtalt som reduceret strålekvalitet. Fiberudgange er typisk udstyret med yderligere optiske elementer, såsom behandlingshoveder eller scanningshoveder. I det væsentlige bestemmer dette hoved strålens position og retning, og blot at flytte fiberkablet har ringe indflydelse på stråleegenskaberne. Imidlertid forårsager bøjning af fiberen let tilstandskobling, som ændrer effektfordelingen mellem fibertilstande, hvilket påvirker både stråledivergensen fra fiberen og 'tyngdepunktet' af intensitetsfordelingen ved fiberudgangen, hvilket potentielt kan føre til et tilsvarende fald i outputstrålekvaliteten.
