01 Johdanto
Tällä hetkellä on kehitetty erilaisia säteensyöttöjärjestelmiä, jotka olennaisesti ohjaavat säteen valonlähteestä käyttöalueelle. Useimmiten valonlähteenä käytetään jonkinlaista laseria, esimerkiksi lasermateriaalin käsittelyssä on tarpeen ohjata teollisuuslaserin lähtö työkappaleeseen siten, että se altistuu laserille. Teollisessa käsittelyssä säteensyöttöjärjestelmiä käytetään yleensä robottitekniikan yhteydessä. Tyypillisesti robottivarren laserkäsittelypää syötetään kiinteällä laserilla. Toinen lähestymistapa on asentaa riittävän kompakti ja kestävä laser suoraan robottivarteen minimoidakseen tarvittavan säteen reitin pituuden ja maksimoidakseen liikkuvuuden. Säteen jakelujärjestelmien etuna on, että ne mahdollistavat laserlähteen sijoittamisen suojatulle ja helppohoitoiselle alueelle sovellusalueen sijaan. Lisäksi siirrettävät jakelujärjestelmät mahdollistavat myös lasersäteen siirtämisen suurella alueella ilman, että itse painava laser liikutetaan. Pitkän säteen jakelujärjestelmissä voi kuitenkin olla myös joitain haittoja, kuten optinen tehohäviö, epälineaarisista vaikutuksista johtuvat rajoitukset tai pulssin levenemisongelmat (ultralyhyille pulsseille).
02Free-Space Beam Transmission System
Laserin vapaata-avaruussädettä voidaan ohjata peilien avulla. Jos käytetään korkealaatuisia, korkea-heijastavia dielektrisiä peilejä, voidaan käsitellä erittäin suuria optisia tehotasoja. Vaikka tarvitaan useita peilejä, niiden lähetysnopeus (lähtötehon prosenttiosuus syöttötehosta) voi olla hyvin lähellä 100%. Dielektriset peilit ovat tehokkaita vain rajoitetulla aallonpituusalueella. Siksi tällaisia laitteita valmistetaan yleensä tietyntyyppisille lasereille, jotka sopivat Nd:YAG- ja Yb:YAG-lasereille aallonpituuksilla 1064nm ja 1030nm, mutta eivät toimi aallonpituuksilla 1500nm tai 2000nm. Markkinoilta on kuitenkin saatavilla monenlaisia aallonpituuksia ultraviolettisäteilystä (esim. eksimeerilaserit), näkyvälle alueelle (esim. taajuus{17}}kaksinkertaiset Yb:YAG-laserit) ja infrapuna-alueelle (esim. CO2-laserit). Yksinkertaisimmassa säteen siirtojärjestelmässä on kiinteä sädepolku, joka sisältää esimerkiksi vain yhden tai kaksi 90 asteen taipumusta, joka suuntaa alun perin vaakasuoran säteen alaspäin työkappaleeseen. Koko säteen reitti on suljettu ilmatiiviiseen putkijärjestelmään, jonka päässä on laserkäsittelypää. Reittiä voidaan muokata vaihtamalla tiivisteelementtejä, mutta sitä ei voi muuttaa käytön aikana.
Klassinen vapaan{0}}avaruussäteen välitysratkaisu on saranoitu peilivarsi, jossa liikkuva valopolku saavutetaan saranoituun heijastavaan varteen integroitujen peilien kautta. Nivelen rakenne varmistaa, että se liikkuu vain, kun vääntömomentti on pieni. muuten se pysyy paikallaan. Komponenttien painoa voidaan kompensoida vastapainoilla, jousilla tai muilla keinoilla, mikä helpottaa asennon säätöä. Tasaisen liikkeen ja vakaan säteen asennon saavuttamiseksi, välttäen esimerkiksi ajautumista ja tärinää, käytettävien optomekaanisten laitteiden on oltava erittäin tarkkoja. Säteensiirtooptisen järjestelmän päähän on tyypillisesti kytketty optinen laite, kuten kuulokemikrofoni, kiinteä laserkäsittelypää tai skannauspää. Yleensä säde kohdistuu käyttöalueelle, kun taas muissa tapauksissa se valaisee suuremman kohdealueen.
03 Fiber Optic Beam Transmission System Kuituoptinen lähetys on erittäin joustava menetelmä lasersäteiden välittämiseen. Tyypillisesti laserlähetyksessä käytettävät kuidut on kapseloitu suojaaviin optisiin kaapeleihin, joissa on ulkovaippa suojaamaan herkkiä kuituja ja joihin voidaan myös integroida lisäominaisuuksia, kuten sisäänrakennettu -kaapelin valvontajärjestelmä, joka voi havaita laservuodon vahingossa tapahtuvan kuidun vaurioitumisen vuoksi. Kvartsikuitu, joka on yleisin optinen lasikuitu, pystyy tuottamaan valoenergiaa erittäin pienellä läpäisyhäviöllä tietyllä aallonpituusalueella useiden metrien tai pidemmällekin etäisyydellä. Sen aallonpituusalue kattaa lähi{5}infrapuna-alueen, jossa useimmat teollisuuslaserit toimivat. Tämän materiaalin rajoitukset ovat kuitenkin myös ilmeisiä. Suuritehoisissa-sovelluksissa kvartsikuiduilla on rajalliset siirtomahdollisuudet ultraviolettialueella (kuten eksimeerilaserit) ja kauko-infrapuna-alueella. Tyypillinen esimerkki on, että CO₂-laserilla, jonka aallonpituus on 10 600 nm, ei tällä hetkellä ole juuri lainkaan kypsiä kuituja, jotka pystyisivät tehokkaasti siirtämään sen suuritehoista sädettä, ja nivelvarret ovat yleisesti käytetty ratkaisu tällä alalla. Mitä suurempi optinen teho lähetettävä, sitä suurempi kuidun ytimen halkaisijan on oltava. Tällä pyritään osittain vähentämään ytimen tehotiheyttä vaurioiden estämiseksi ja osittain sovittamaan suuremman säteen parametrituotteen (BPP), joka tyypillisesti liittyy suuritehoisiin laserlähteisiin. Laserin kytkemiseksi tehokkaasti kuituun kuitu tarvitsee riittävän suuren numeerisen aukon (NA), joka määräytyy ytimen ja päällysteen välisen taitekerroineron perusteella. Suuren sydämen halkaisijan ja korkean NA:n yhdistelmä johtaa suureen määrään ohjattuja moodeja, mikä tekee säteen etenemisestä kuidun sisällä erittäin monimutkaista. Vaikka kokonaisoptinen häviö on pieni, energian uudelleenjakauma eri tilojen välillä johtaa usein heikentyneeseen säteen kirkkauteen, jota kutsutaan yleisesti heikentyneeksi säteen laaduksi. Kuituulostulot on tyypillisesti varustettu lisäoptisilla elementeillä, kuten käsittelypäillä tai skannauspäillä. Pohjimmiltaan tämä pää määrittää säteen sijainnin ja suunnan, ja pelkkä kuitukaapelin liikuttaminen ei juurikaan vaikuta säteen ominaisuuksiin. Kuidun taivuttaminen aiheuttaa kuitenkin helposti moodikytkennän, joka muuttaa tehon jakautumista kuitumuotojen välillä, mikä vaikuttaa sekä säteen poikkeamiseen kuidusta että intensiteettijakauman "keskipisteeseen" kuidun lähdössä, mikä saattaa johtaa vastaavaan lähtösäteen laadun heikkenemiseen.
