บทบาทของตัวขยายลำแสงในเครื่องหมายเลเซอร์คืออะไร

ในเส้นทางเดินแสงที่แม่นยำของเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์มีส่วนประกอบที่ดูเหมือนเรียบง่ายแต่สำคัญอย่างยิ่ง นั่นคือ ตัวขยายลำแสง บทความนี้จะเจาะลึกถึงหลักการทำงาน พารามิเตอร์ทางเทคนิคของตัวขยายลำแสง และอิทธิพลที่เด็ดขาดต่อกระบวนการมาร์กด้วยเลเซอร์ 
ประการแรก เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องมีตัวขยายลำแสง เราต้องตระหนักก่อนว่าลำแสงที่ส่งออกจากเลเซอร์โดยตรงมีลักษณะเฉพาะสองประการ: 
มุมไดเวอร์เจนซ์ของลำแสง: ในระหว่างกระบวนการส่งผ่านของเลเซอร์ ไม่ได้เป็นลำแสงที่ขนานกันอย่างสมบูรณ์ เมื่อระยะทางที่เดินทางเพิ่มขึ้น มันจะค่อยๆ แผ่ออกไป มุมการแผ่กระจายนี้เรียกว่ามุมไดเวอร์เจนซ์ (หน่วย: mrad) 
ลักษณะเฉพาะของลำแสงแบบเกาส์: การกระจายพลังงานของลำแสงเลเซอร์ในหน้าตัดเป็นไปตามรูปแบบเกาส์ ซึ่งหมายความว่ามันจะสว่างที่สุดตรงกลางและค่อยๆ ลดลงไปทางขอบ 
หากใช้ลำแสงที่แตกต่างกันชนิดนี้สำหรับการมาร์กโดยตรง ปัญหาที่ร้ายแรงจะเกิดขึ้น: ขนาดของจุดโฟกัสจะเปลี่ยนไปตามระยะการทำงาน 
เมื่อระยะทางใกล้: ลำแสงยังไม่แผ่ออกไปอย่างเต็มที่ หลังจากถูกโฟกัสโดยเลนส์สนาม จุดแสงจะมีขนาดเล็ก ความหนาแน่นของพลังงานสูง และการมาร์กจะชัดเจน 
ในระยะทางไกล: ลำแสงได้แผ่ออกไปอย่างมาก แม้หลังจากถูกโฟกัสโดยเลนส์เดียวกัน จุดแสงที่ได้จะมีขนาดใหญ่ขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานจะลดลง ทำให้เส้นมาร์กหนาขึ้น เบลอ และอาจไม่สามารถเข้าถึงเกณฑ์วัสดุได้ 
สิ่งนี้จำกัดช่วงการทำงานที่มีประสิทธิภาพ (ความลึกของสนาม) ของเครื่องมาร์กอย่างรุนแรง และทำให้ยากมากที่จะรักษาสัญญาณการมาร์กที่สอดคล้องกันบนชิ้นงานที่ความสูงต่างกันหรือบนพื้นผิวโค้ง 
II. ฟังก์ชันพื้นฐานของตัวขยายลำแสงคือการแก้ไขปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น ฟังก์ชันหลักคือ: 
แปลงลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าให้เป็นลำแสงเลเซอร์เอาต์พุตที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า มุมไดเวอร์เจนซ์ที่เล็กกว่า (ใกล้เคียงกับขนาน) 
กระบวนการนี้เรียกว่า "การรวมลำแสง" ในด้านออปติก 
หลักการทางเทคนิค: อิงตามระบบกล้องโทรทรรศน์แบบกลับหัว 
เลนส์ขยายลำแสงที่พบมากที่สุดคือโครงสร้างแบบเคปเลอร์หรือกาลิเลียน ประกอบด้วยเลนส์สองคู่: เลนส์รวมแสงที่มีความยาวโฟกัสสั้น (เลนส์อินพุต) และเลนส์เอาต์พุตที่มีความยาวโฟกัสยาว 
การตกกระทบ: ลำแสงที่มีมุมไดเวอร์เจนซ์จะผ่านเลนส์รวมแสงก่อน ตามหลักการทางเรขาคณิต ลำแสงนี้จะถูกโฟกัสในตอนแรกและบรรจบกันที่จุดโฟกัสเดียว 
การแปล: ก่อนที่ลำแสงจะกลับมาแตกต่างกัน ให้ปล่อยให้ผ่านเลนส์เอาต์พุต เนื่องจากความยาวโฟกัสที่ยาวกว่าของเลนส์เอาต์พุต มันจะ "ดึงกลับ" ลำแสงและทำให้มันออกไปในลักษณะที่ขนานกันมากขึ้น 
ลำแสงเอาต์พุตสุดท้ายไม่เพียงแต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้นเท่านั้น แต่ยังมีมุมไดเวอร์เจนซ์ที่ลดลงอย่างมาก

สูตรหลัก:
ประสิทธิภาพของตัวขยายลำแสงถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลักสองตัว:

อัตราส่วนการขยาย (M):

ในบรรดา f2 แสดงถึงความยาวโฟกัสของเลนส์เอาต์พุต f1 คือความยาวโฟกัสของเลนส์รวมแสง D out คือเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเอาต์พุต และ D in คือเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงอินพุต ตัวอย่างเช่น ตัวขยายลำแสง 3x สามารถเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงอินพุตได้ 3 เท่า

การบีบอัดมุมไดเวอร์เจนซ์:

มุมไดเวอร์เจนซ์ θ out ของลำแสงเอาต์พุตถูกบีบอัดเป็น 1/M ของมุมไดเวอร์เจนซ์อินพุต θ in ซึ่งหมายความว่าตัวขยายลำแสง 3x สามารถลดมุมไดเวอร์เจนซ์ลงเหลือหนึ่งในสามของค่าเดิมได้

III. หลังจากที่ลำแสงถูกรวมโดยตัวขยายลำแสงแล้ว จะเข้าสู่กระจกสแกนและเลนส์สนาม (เลนส์ F-θ) และจะเกิดการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพ: 
1, เพื่อให้ได้จุดโฟกัสที่เล็กกว่าและปรับปรุงความแม่นยำและความละเอียดในการมาร์ก
ตามทฤษฎีการเลี้ยวเบนของแสง เส้นผ่านศูนย์กลาง d ของจุดโฟกัสโดยประมาณคือ:

ในบรรดา λ แสดงถึงความยาวคลื่นเลเซอร์ f คือความยาวโฟกัสของเลนส์สนาม และ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงที่เข้าสู่เลนส์สนาม 
ข้อสรุปนั้นชัดเจน: เลนส์ขยายจะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลาง D ของลำแสงที่ตกกระทบกับเลนส์สนาม ซึ่งจะช่วยลดขนาดของจุดโฟกัส d โดยตรง จุดที่เล็กกว่าหมายถึงเส้นที่ละเอียดกว่า ความละเอียดของกราฟิกที่สูงขึ้น และขอบที่คมชัดขึ้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการมาร์ก QR โค้ด ข้อความขนาดเล็ก และโลโก้ที่ซับซ้อน

2. เพิ่มความลึกของสนามและขยายช่วงการทำงานที่มีประสิทธิภาพ
ความลึกของสนามหมายถึงช่วงระยะทางตามแนวแกนที่สามารถรักษาสมดุลของขนาดจุดโฟกัสที่ยอมรับได้ หลังจากถูกรวม ลำแสงจะมีมุมไดเวอร์เจนซ์ที่เล็กมาก ดังนั้นขนาดจุดจะเปลี่ยนแปลงน้อยมากในช่วงระยะการแพร่กระจายที่ยาวนาน สิ่งนี้ช่วยให้เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์สามารถมาร์กบนชิ้นงานที่ความสูงต่างกันและแม้แต่บนพื้นผิวที่มีความโค้งบางอย่างได้โดยไม่ต้องปรับความยาวโฟกัสบ่อยๆ ในขณะที่ยังคงได้ผลลัพธ์ที่ชัดเจนและสม่ำเสมอ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อจัดการกับชิ้นงานที่ไม่สม่ำเสมอบนถาดในสายการผลิตอัตโนมัติ 
3. ปกป้องส่วนประกอบทางแสงและเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน 
ลดความหนาแน่นของพลังงาน: ลำแสงเลเซอร์จะถูกขยายก่อนเข้าสู่เลนส์ของกระจกสแกน ทำให้พื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของพลังงาน (พลังงานต่อหน่วยพื้นที่) ลดลง ซึ่งจะช่วยลดภาระความร้อนบนเลนส์กระจกและความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น ยืดอายุการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานการมาร์กด้วยเลเซอร์กำลังสูง 
ปรับปรุงการใช้พลังงาน: จุดโฟกัสที่เล็กกว่าหมายถึงพลังงานที่เข้มข้นกว่า ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้นบนวัสดุเมื่อกำลังเลเซอร์เท่ากัน สิ่งนี้ทำให้กระบวนการมาร์กมีประสิทธิภาพมากขึ้น เร็วขึ้น หรือช่วยให้ได้ผลการมาร์กแบบเดียวกันด้วยกำลังไฟที่ต่ำกว่า ประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานของเลเซอร์ 
ตัวขยายลำแสง ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นรากฐานทางเทคนิคสำหรับการมาร์กที่มีความแม่นยำสูงและความละเอียดสูงเท่านั้น แต่ยังเป็นกุญแจสำคัญในการขยายความสามารถในการปรับตัวของอุปกรณ์ ปกป้องส่วนประกอบทางแสงหลัก และเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการโดยรวม อาจกล่าวได้ว่าหากไม่มีตัวขยายลำแสงในเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ ประสิทธิภาพของมันจะลดลงอย่างมาก การทำความเข้าใจและประยุกต์ใช้ตัวขยายลำแสงอย่างถูกต้องเป็นส่วนสำคัญในการปรับปรุงระบบการมาร์กด้วยเลเซอร์ใดๆ