レーザーアプリケーションにおける熱レンズ効果：解決策と洞察

サーマルレンズ効果とは？

光学素子の品質不良、汚れ、損傷によりレーザー吸収率が上昇する。レーザー光を長時間照射し続けると熱変形を起こし、透過型光学素子の屈折率を変化させ、反射型光学素子の反射方向を変化させます。

その結果、レーザーの焦点位置（ビームウエスト）が変化し、その応用に影響を与える。透明な光学素子はレーザー吸収率が高く、温度上昇が大きいため、熱レンズ効果がより顕著になります。

今回は、様々なレーザー応用機器において、熱レンズの問題を起こしやすい光学素子を分析する。

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光学素子の熱膨張が速ければ速いほど、高出力と逆材料の高度な加工の結果として、熱レンズ効果が顕著になる。

熱レンズ効果は、熱によって光学素子が膨張し、集光力の増加、焦点サイズの縮小、焦点距離と深度の短縮をもたらすことで発生する。

このような現象は、レース中に不安定になる可能性がある。 レーザー加工最終的にその効果に影響を与える。

1.マーキングへの影響

(1)アルミナの黒化：

熱レンズ効果が起こると、焦点距離が短くなり、材料の表面エネルギー密度が低下し、アルミナの黒化が不可能になる。ひどい場合には、中心部と端部の黒化効果が一致しなくなることもある。

(2) 深い彫金：

メタルディープスカルプチャーは通常、浅い焦点距離（焦点深度）のフィールドミラーを利用する。

高出力の深彫りでは、熱レンズ効果によって材料のエネルギー密度が急速に低下し、その結果、金属の深さが浅くなる。

光学素子の中心部は周辺部に比べて膨張が大きいため、中心部は浅くなり、周辺の深さは不均一になる。

(3) Sヒートカット:

パルスファイバーレーザーは、加工される材料の種類に応じて、単一の低速度または複数の高速切断方法のいずれかを使用します。

非常に短い時間枠（＜1秒）で起こる急速な熱膨張と冷却後退のため、切断開始位置はうまく切断できるが、他の位置は切断できないことがある。

2.影響 溶接

(1) 金属板 スポット溶接：

金属板のスポット溶接に高出力ファイバー・レーザーを使用する場合、熱レンズ効果によって接合部のサイズが一定せず、溶接が不安定になったり、絞り力が不足したりすることがある。

(2) C連続金属溶接：

連続使用中の金属の反射率 軽溶接 は切断時に比べて高い。

高出力溶接では、熱レンズ効果により、溶接部の前部は正常であるが、後部は浅かったり、完全に溶けなかったりすることがある。

熱レンズ効果は、高反射材料であるアルミニウムと銅の溶接で特に顕著に現れる。

3.切断への影響

(1) S無痛 鋼材切断:

いつ ステンレス鋼の切断サーマルレンズ効果により、切断面が安定せず、スラグが増加し、連続切断の維持が困難になることもある。

(2) Cアルボン・スチール・カッティング

炭素鋼を切断する場合、熱レンズ効果によって底部のスラグが増加し、連続切断を維持することが困難になることがある。

熱レンズ効果の解決策

1. 振動レンズ加工装置の各種光学素子のレンズに起因する熱レンズ効果の解決策は

検流計

赤色光合成レンズと熱レンズの比較

フィールドレンズとサーマルレンズの比較

2. カッティングヘッド/溶接ヘッド加工装置の各種光学素子のレンズに起因する熱レンズ効果の解決策は、次のとおりである：

レーザー溶接 ヘッド

レーザー切断ヘッド

下部保護レンズとサーマルレンズの前後比較

フォーカスレンズとサーマルレンズの前後コントラスト