1. Что на самом деле решает линза поля f-Theta
Два зеркала сканера отклоняют луч напостоянная угловая скорость. Сфокусируйте этот луч с помощью простой сферической линзы, и лазерные пятна приземлятся «плотно в центре, разрежены по краям» — чем больше рабочая область, тем больше отклонение в линейной скорости края и плотности энергии.
Полевая линза f-Theta обеспечивает линейное положение сфокусированного пятна в зависимости от угла сканирования.(отношения «f-тета»), преобразуя постоянную угловую скорость сканера впостоянная линейная скорость на заготовке, поэтому размер пятна и плотность энергии остаются одинаковыми по всему полю сканирования.
Два официальных отношения расчета(источник: официальная брошюра LINOS, раздел «Основные расчеты»):
- Диаметр пятна:
Диаметр пятна = 1,83 × λ × FL / Диаметр луча
- где 1,83 — коэффициент аподизации, λ — длина волны, FL — фокусное расстояние (мм), а Beam-Ø — диаметр входного луча (мм).
- Длина сканирования:
2y = FL × 2Θy × π/180,2x = FL × 2Θx × π/180
- где FL — фокусное расстояние (мм), а Θx, Θy — углы сканирования (°).
2. Официальное фокусное расстояние ↔ Таблицы полей сканирования (основные данные выбора) 2.1 Серия 1030–1080 нм (плавленый кварц, покрытие с низким поглощением) — основной диапазон волоконного лазера
| Номинальная высота полета (мм) |
Поле сканирования (мм) |
Максимальный угол сканирования ±Θx,y (°) |
Ø входного луча @1/e² (мм) |
Пятно @1/e² (мкм) |
Рабочее расстояние WD (мм) |
Защитное стекло |
Номер детали |
| 70 (телецентрический) |
26 × 26 |
±10,9 |
14 |
10 |
87,5 |
PG22 |
4401-551-000-26 |
| 100 (телецентрический) |
44 × 44 |
±12,2 |
14 |
15 |
137,0 |
PG14 |
4401-561-000-26 |
| 118 (телецентрический) |
50 × 50 |
±15,5 |
14 |
17 |
233,9 |
PG14 |
4401-607-000-26 |
| 163 |
85 × 85 |
±15,2 |
14 |
23 |
219,3 |
PG14 |
4401-589-000-26 |
| 167 (телецентрический) |
84 × 84 |
±14,9 |
20 |
16 |
215,4 |
PG16 |
4401-513-000-26 |
| 251 (телецентрический) |
63 × 63 |
±14,4 |
20 |
25 |
372,3 |
PG16 |
4401-631-000-26 |
| 255 |
187 × 187 |
±21,3 |
10 |
50 |
317,4 |
PG14 |
4401-499-000-26 |
| 270 |
136 × 136 |
±14,8 |
20 |
27 |
352,0 |
PG16 |
4401-604-000-26 |
| 340 |
176 × 176 |
±15,1 |
20 |
33 |
441,6 |
PG16 |
4401-546-000-26 |
| 420 |
254 × 254 |
±17,3 |
20 |
42 |
510,9 |
PG14 |
4401-508-000-26 |
2.2 Серия 340–360 нм (плавленый кварц) — полоса УФ-обработки
| Номинальная высота полета (мм) |
Поле сканирования (мм) |
Максимальный угол сканирования ±Θx,y (°) |
Ø входного луча @1/e² (мм) |
Пятно @1/e² (мкм) |
Рабочее расстояние WD (мм) |
Защитное стекло |
Номер детали |
| 70 (телецентрический) |
28 × 28 |
±11,3 |
10 |
5 |
92,5 |
PG4 |
4401-576-000-21 |
| 100 (телецентрический) |
46 × 46 |
±12,7 |
10 |
7 |
136,7 |
PG11 |
4401-509-000-21 |
| 160 |
98 × 98 |
±17,7 |
7 |
15 |
197,4 |
PG4 |
4401-399-000-21 |
| 167 (телецентрический) |
65 × 65 |
±11,3 |
10 |
13 |
255,0 |
PG15 |
4401-511-000-21 |
| 255 |
170 × 170 |
±19,3 |
10 |
17 |
318,1 |
PG11 |
4401-481-000-21 |
2.3 Другие диапазоны длин волн (резюме официальной брошюры)
| Материал |
Группы покрыты |
Диапазон фокусных расстояний |
| Оптическое стекло |
532–1064 нм |
100–420 мм |
| Плавленый кварц |
340–360/440–460/515–540/1030–1080/1900–2000 нм |
Зависит от диапазона (например, 265/354/437 мм в диапазоне 1900–2000 нм) |
3. Телецентрические и нетелецентрические: когда вам следует стать телецентричным
Официальное описание телецентрических версий:максимальное поле сканирования не превышает апертуру объектива, ноокруглость пятна и угол падения остаются постоянными по всему полю сканирования.
| Элемент |
Нетелецентрический (стандартный) |
Телецентрический |
| Поле сканирования для данного FL |
Больше (например, 255 мм → 187 × 187 мм) |
Меньший (например, 251 мм → 63 × 63 мм) |
| Выявить округлость по полю |
Варьируется вдали от центра |
Постоянный |
| Угол падения по полю |
Зависит от позиции |
Постоянный |
| Типичная посадка |
Маркировка, общая обработка, максимальная площадь |
Прецизионное сверление, микрообработка, конусность/перпендикулярность, многослойные или ступенчатые детали. |
4. Плавленый кварц против оптического стекла: выбор материала и покрытия
Согласно официальным техническим пояснениям:
- Низкоабсорбирующее покрытие:оптика из плавленого кварца в400–1080 нмпоставляется с низкопоглощающим покрытием производителя в стандартной комплектации —
- поглощение≤ 20 ppm при 1064 нм(обычно лучше, чем 10 ppm)
- поглощение≤ 30 ppm при 532 нм(обычно лучше, чем 15 ppm)
- Правило идентификации: линзы из плавленого кварца, номер детали которых заканчивается на «-26», имеют это покрытие.
- Процессы нанесения покрытийпокрытие UV/VIS/NIR, от обычного осаждения доионно-лучевое распыление;
- Покрытия с оптимизированным угломиспользуются для достижения превосходных иуниформапередача по всему полю сканирования;
- Тестирование порога повреждения:все покрытия измеряются поDIN EN ISO 11254-2с использованием многоимпульсного (S-on-1) метода;
- Тепловой сдвиг фокусаСогласно официальной документации, этому противодействуют использованием материалов с более низким поглощением (специально отобранный высококачественный кварцевый кварц) и покрытий с низким поглощением, контролируемых партия за партией с помощью собственного оборудования для измерения поглощения, установленного производителем.
| Случай |
Ценить |
| Полевая линза из плавленого кварца @ 1064 нм, 12 нс, 100 Гц |
40 Дж/см² |
| Полевая линза из плавленого кварца @ 1030 нм, 291 фс, 5 кГц |
0,9 Дж/см² |
| Оптическая стеклянная полевая линза @ 1064 нм, 9 нс, 100 Гц |
10 Дж/см² |
| Расширитель луча, входная линза из плавленого кварца, 1064 нм, 9 нс |
30 Дж/см² |
| Расширитель луча, плавленый кварц, 355 нм, 5 нс |
5 Дж/см² |
Почему это важно:Значения короткоимпульсного (фемтосекундного/пикосекундного) ЛИДТ отличаются от наносекундных значений на два порядка (0,9 Дж/см² против 40 Дж/см²).Выбор оптики с учетом наносекундного порога для фемтосекундного процесса является классическим источником каскадного повреждения.
5. Расширители луча: официальная линия предназначена только для непрерывного переменного увеличения. 5.1 Что делает расширитель луча
Согласно официальному описанию, расширители лучаоптические системы формирования лучадля лазерной обработки материалов:
- Ониодновременно изменять диаметр и расходимость луча, оптимизациядиаметр фокусного пятна, положение фокуса и характеристики распространения луча;
- Изменяя расходимость входного луча, они могутрегулировка заднего фокусного расстояния полевых объективов F-Theta-Ronar / Focus-Ronar;
- Все расширители луча LINOS можно использовать наоборот в качестве редукторов луча.;
- Официальная документация прямо рекомендует сочетать их сПолевые линзы LINOS F-Theta-Ronar.
5.2 Ручные расширители луча с регулируемым увеличением (официальная таблица технических характеристик)
| Модель |
Увеличение |
Расчетная длина волны |
Диапазон длин волн |
Максимальный входной луч @1/e² |
Материал |
Номер детали |
| Расширитель луча вар. 1x-4x 355 нм плавленый кварц (корпус из нержавеющей стали) |
1,0–4,0 |
355 нм |
340–360 нм |
10,0 мм |
Плавленый кварц + нержавеющая сталь |
4401-613-000-28 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 1064 нм |
2,0–8,0 |
1064 нм |
1064 нм |
8,0 мм |
Оптическое стекло + черный анодированный алюминий |
4401-256-000-20 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 532 нм |
2,0–8,0 |
532 нм |
532 нм |
8,0 мм |
Оптическое стекло + черный анодированный алюминий |
4401-257-000-20 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 532 нм плавленый кварц |
2,0–8,0 |
532 нм |
515–540 нм |
4,0 мм |
Входная линза из плавленого кварца |
4401-446-000-20 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 1064 нм плавленый кварц |
2,0–8,0 |
1064 нм |
1030–1080 нм |
6,0 мм |
Входная линза из плавленого кварца |
4401-359-000-20 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 633/780/830/980 нм |
2,0–8,0 |
633 нм |
630–980 нм |
8,0 мм |
Оптическое стекло |
4401-258-000-20 |
| Расширитель луча вар. 2x-8x 355 нм плавленый кварц |
2,0–8,0 |
355 нм |
355 нм |
3,4 мм |
Полностью плавленый кварц |
4401-402-000-20 |
Общие механические параметры (официальная брошюра):
- Максимальный механический диаметр выходного луча:31 мм
- Максимальная длина:165,5 мм(включая поездки для коррекции расхождений)
- Максимальный внешний диаметр:Ø 42,0 мм; монтажный диаметрØ 37,6 −0,1 мм(базовая грань A)
- Максимально допустимый перекос входного угла:0,2° (без виньетирования); Наклон выходного луча усиливается за счетобратное увеличение
- Официальное приближение:максимальный диаметр входного луча = 31 мм ÷ увеличение(более высокое увеличение позволяет уменьшить входную апертуру)
5.3 Моторизованные расширители луча с переменным увеличением (официальный паспорт продукта)
- Непрерывная переменная1x…4xи2x…8x; диапазоны длин волн340–360 нм / 515–540 нм / 1030–1080 нм;полностью конструкция из плавленого кварца;
- Максимальный диаметр входного лучадо 8 мм;механическая максимальная мощность 31 мм;
- 10 независимых пресетов(увеличение и расхождение); официально заявлено, чтобы позволитьавтоматическое переключение увеличения, которое сокращает время настройки машиныпокасохранение класса лазерной безопасности при регулировке;
- Интерфейсы:SubD9/RS232, USB 2.0, Phoenix Contact/RS232; правило суффикса номера детали−20 = SubD9/RS232, −21 = Phoenix Contact/RS232, −22 = USB 2.0;
- Скорость передачи данных 9600 бит/с; поставлять7–12 В(7–24 В для интерфейса Phoenix Contact); Соответствует CE/RoHS;ИП 20; Программное обеспечение для управления Windows (Win10).
| Увеличение |
Длина волны (нм) |
Макс. входной луч @1/e² (мм) |
Покрытие с низкой впитываемостью |
Номера деталей |
| 1x…4x |
340–360 |
8 |
— |
4401-596-000-20/-21/-22 |
| 1x…4x |
515–540 |
8 |
✓ |
4401-597-000-20/-21/-22 |
| 1x…4x |
10:30–1080 |
8 |
✓ |
4401-598-000-20/-21/-22 |
| 2x…8x |
340–360 |
6 |
— |
4401-516-000-20/-21/-22 |
| 2x…8x |
515–540 |
8 |
✓ |
4401-515-000-20/-21/-22 |
| 2x…8x |
10:30–1080 |
8 |
✓ |
4401-514-000-20/-21/-22 |
Примеры отдельных технических характеристик (для проверки деталей выбора):
| Параметр |
4401-596-000-2x (1x-4x, 340–360 нм) |
4401-634-000-2x (2x-8x, 340–360 нм) |
| Материал линз |
Плавленый кварц |
Плавленый кварц |
| Механическая входная апертура |
8,7 мм |
15,5 мм |
| Максимальный выходной луч @1/e² |
25 мм (механическая выходная апертура 31 мм) |
30,9 мм |
| Стабильность наведения |
< 0,3 мрад |
< 0,5 мрад |
| Дисперсия групповой задержки GDD @λ |
3114 фс² |
1906 год² |
| Полное пропускание при 340–360 нм |
> 96 % |
> 96 % |
| ЛИДТ |
4 Дж/см² при 355 нм, 6 нс, 100 Гц; 0,4 Дж/см² при 343 нм, 200 фс, 1 кГц |
Такой же |
| Масса |
0,90 кг |
1,0 кг |
5.4 Расширитель УФ-луча с низким выделением газа (1–4 раза)
Официальное позиционирование:первый серийный стандартный расширитель УФ-луча с низким выделением газов, с корпусом из нержавеющей стали и оптикой из плавленого кварца, предназначенной дляполупроводники, обработка пластин и электронный дисплейотрасли. В официальном пресс-релизе (11 апреля 2024 г.) он был представлен вместе слинза F-Theta Ronar с низким выделением газа (340–360 нм).
| Параметр |
Ценить |
| Диапазон увеличения |
1x – 4x (непрерывный, включая непрерывную регулировку выходного расхождения) |
| Расчетная длина волны |
355 нм (широкополосное покрытие 340–360 нм) |
| Максимальный диаметр входного луча |
10 мм @1/e²; 12 мм (усеченный) |
| Максимальный диаметр выходного луча |
24 мм (усеченный) |
| Передача инфекции |
≥ 96 % при 340–360 нм; > 90 % при 635 нм |
| ЛИДТ |
4 Дж/см² при 355 нм, 6 нс, 100 Гц |
| Жилье |
Нержавеющая сталь (исполнение с низким выделением газов) |
| Номер детали |
4401-613-000-28 |
6. Защитное стекло (сменное) — самый игнорируемый расходный материал
Официально и полевые линзы, и расширители луча используютсменное защитное стекло из кварцевого стекла, а защитное стекло, установленное на стороне выхода, защищает узел отIP6Xстандарты пыли. Защитное стекло заказывается отдельно, например:
| ПГ нет. |
Диаметр × толщина |
Лента с антибликовым покрытием |
Номер детали |
| PG14 |
113 мм × 3 мм |
1030–1080 нм, низкое поглощение |
4401-499-005-00 |
| PG16 |
132 мм × 3 мм |
1030–1080 нм, низкое поглощение |
4401-513-006-00 |
| PG11 |
113 мм × 3 мм |
340–380 + 633 нм |
4401-481-005-00 |
| PG15 |
113 мм × 3 мм |
340–380 + 633 нм |
4401-511-823-00 |
| PG27 |
17,5 мм × 1,6 мм |
340–380 + 633 нм |
4401-516-006-00 |
7. Подбор полевой линзы, расширителя луча и сканера: контрольный список из шести шагов
Шаг 1. Определите рабочую зону и требования к месту.
- Работайте в обратном порядке с официальными формулами:
Диаметр пятна = 1,83 × λ × FL / Диаметр лучаи2y = FL × 2Θy × π/180;
- Помните, что угол сканирования ограничен самим сканером (максимальные углы сканирования различаются в зависимости от модели — проверьте техническое описание сканера).
Шаг 2. Исправьте фокусное расстояние и проверьте рабочее расстояние.
- Выберите возможные фокусные расстояния из таблиц в разделе 2 иодновременно считывайте рабочее расстояние WD— недостаточный WD приводит к врезанию в заготовку, и на него чаще обращают внимание, чем на размер пятна.
Шаг 3. Закрепите материал (плавленый кварц или оптическое стекло)
- Длина волны в диапазоне 340–360/440–460/515–540/1030–1080/1900–2000 нм → серия плавленого кварца;
- 532–1064 нм при обычной мощности → серия оптических стекол;
- Короткий импульс или высокая мощность → отдавайте предпочтение кварцевому сплаву с покрытием с низким поглощением (номер детали «-26»).
Шаг 4 — Проверьте LIDT
- Сопоставить фактическую длительность импульса и плотность мощности с LIDT (наносекундные и фемтосекундные значения отличаются на два порядка — см. раздел 4);
- Официально:фактический LIDT расширителя луча и тепловой сдвиг фокуса зависят от конкретной настройки системы и параметров лазера; рекомендуется тестирование перед использованием.
Шаг 5 — Решите, нужен ли вам расширитель луча
- Чтобы уменьшить размер пятна → увеличьте диаметр входного луча (с помощью расширителя, чтобы приблизиться к расчетной входной апертуре полевой линзы, можно получить наименьшее пятно);
- Для регулировки положения фокуса/заднего фокусного расстояния → измените входную расходимость с помощью экспандера;
- Чтобы уменьшить, а не расширить → официально, расширители LINOS можно использовать наоборот, как редукторы луча.
Шаг 6 — Исправьте интерфейсы, пресеты и расходники
- Для моторизованных версий подтвердите суффикс интерфейса (-20 / -21 / -22) и необходимость автоматического переключения с 10 предустановками;
- Проверьте резьбу полевой линзы (M85×1, в отдельных моделях – M76×1/M110×1) и установочный диаметр расширителя (Ø37,6 −0,1 мм);
- Закажите подходящее защитное стекло вместе с покупкой.
8. Полевые ловушки
- Ошибка 1: Смотрим только на поле сканирования, а не на рабочее расстояние.Большое фокусное расстояние дает большую площадь, но также и большое WD (например, фокусное расстояние 420 мм → WD 510,9 мм). Если структура машины не может вместить это, исключите это на первом этапе.
- Ошибка 2: Выбор оптики на наносекундном LIDT для фемтосекундного процесса.Официальные данные: полевые линзы из плавленого кварца показывают 40 Дж/см² при 12 нс, но только 0,9 Дж/см² при 291 фс. Выбор против наносекундного значения приводит к каскадному повреждению в короткие сроки.
- Ошибка 3: путать «механическую апертуру» с «оптической апертурой 1/e²».Максимальная механическая выходная мощность расширителя луча составляет 31 мм, тогда как у конкретной модели может быть 25 мм или 30,9 мм при разрешении 1/e²; расчет пятна от 31 мм дает неправильный ответ.
- Ошибка 4: Забываем, что входная апертура экспандера сужается при увеличении.Официальное приближение: максимальный диаметр входного луча = 31 мм ÷ увеличение. Выбор большого увеличения без проверки входной апертуры приводит к виньетированию или клиппированию.
- Ошибка 5: Смешение телецентрической и нетелецентрической оптики в одном процессе.Телецентрические версии сохраняют постоянную округлость пятна и угол падения по всему полю; нетелецентрические версии различаются в зависимости от положения. Смешивание их на одной машине приводит к нестабильному качеству между станциями.
- Ошибка 6: игнорирование ограничения угла отклонения входного сигнала в 0,2°.Официально допускается максимальное смещение входного угла в 0,2° без виньетирования, а выходной наклон усиливается за счет обратной величины увеличения — поэтому чем выше увеличение, тем больше вредит неаккуратный путь луча.
- Ошибка 7: Отсутствие защитного стекла.Защитное стекло – сменный расходный материал, заказываемый отдельно; исчерпание останавливает линию.
9. Взаимодействие с продуктом: закупка полевых линз и расширителей луча LINOS
Fradwell поставляет оригинальные немецкие полевые линзы LINOS (F-Theta-Ronar) и расширители луча с поддержкой выбора по фокусному расстоянию/длине волны/полю сканирования, проверке технических характеристик и доставке по всему миру:
- Полевые линзы из плавленого кварца с низким поглощением 1030–1080 нм(70/100/118/163/167/251/255/270/340/420 мм): [заполнитель страницы продукта];
- Линзы из кварцевого стекла с длиной волны 340–360 нм(70/100/160/167/255 мм): [заполнитель страницы продукта];
- Ручные расширители луча с регулируемым увеличением(1x-4x, 2x-8x, несколько диапазонов длин волн): [заполнитель страницы продукта];
- Моторизованные расширители луча с переменным увеличением(1x-4x, 2x-8x, 10 предустановок): [заполнитель страницы продукта];
- Расширители УФ-лучей с низким выделением газов(1x-4x, полупроводник/пластина/дисплей): [заполнитель страницы продукта];
- Матированное защитное стекло (серия PG): [заполнитель страницы продукта].