Ottica per applicazioni industriali

Microla vanta una solida esperienza nella progettazione di percorsi ottici dedicati a fasci laser o led per l’ottenimento di obiettivo definito sulla base delle esigenze del cliente.

Tra i possibili obiettivi ci sono:

• distribuzioni di potenza del fascio nel punto di fuoco
• distanza di focalizzazione del fascio laser o led
• dimensione dello spot nel punto di fuoco
• forma dello spot luminoso nel punto di fuoco
• densità di potenza desiderata

Il raggiungimento di determinati obiettivi in ciascuno dei punti sopra citati può essere determinante per il successo di un processo. Ad esempio, è possibile modellare la distribuzione di potenza del fascio ottico desiderato fino ad ottenere profili dalla distribuzione desiderata. Per distribuzione di potenza si intende la modalità con la quale la potenza di una sorgente luminosa è distribuita su una geometria bi-dimensionale, tipicamente corrispondente al piano di fuoco o di lavoro. Tra gli esempi di distribuzione di potenza:

• fascio gaussiano
• fascio top-hat
• fascio donut

Un fascio top-hat, ovvero dalla distribuzione totalmente uniforme in tutto lo spot, risulta particolarmente utile nelle applicazioni in cui una superficie, più o meno ampia, debba essere trattata in modo uniforme. Un tipico esempio è il Laser Annealing, in cui si intende generare un aumento di temperatura uniforme in un’area ben determinata attraverso una opportuna radiazione luminosa. Un fascio donut, chiamato così in quanto ricorda la forma di una ciambella, può essere utile per svolgere un processo di saldatura laser lungo una circonferenza, senza danneggiare un eventuale elemento posto in asse con la radiazione luminosa.

Anche la distanza di focalizzazione è un parametro estremamente importante in un percorso ottico in cui si fa uso di un fascio laser focalizzato. La focalizzazione è una tecnica utilizzata per ridurre il più possibile la dimensione di un determinato fascio luminoso ed è ampiamente sfruttata in molteplici processi industriali. La distanza di focalizzazione è strettamente correlata con la lunghezza focale di una lente o un sistema di lenti e va accuratamente definita sulla base delle specifiche di ogni applicazione.

La dimensione e la forma dello spot nel punto di fuoco sono tra i parametri più rilevanti nella maggior parte dei processi che fanno uso di una radiazione laser. Entrambi i parametri possono variare notevolmente a seconda dell’applicazione e sono definiti nel corso della progettazione sulla base delle specifiche fornite dal cliente e dall’esperienza dei progettisti ottici.

In ultimo, tra i punti citati, troviamo la densità di potenza. Tale parametro viene tipicamente definito come W/cm2 e risulta molto importante in applicazioni che fanno uso di sorgenti laser ad elevata potenza con fascio continuo, quali saldatura laser, laser annealing, fabbricazione additiva etc. Il corrispettivo parametro per fasci ad impulsi giganti è la fluenza, definita come J/cm2, fondamentale in processi di ablazione e micro-processing laser.

Le ottiche di Beam Shaping vengono scelte in fase di progettazione con l’ausilio del Raytracer Zemax OpticStudio® sulla base dei molteplici parametri citati. La fase di simulazione computazionale viene svolta in modo complementare ad un’analisi tecnica costantemente svolta dai progettisti grazie alla conoscenza e all’utilizzo dei principali parametri fisici che governano l’ambito delle radiazioni luminose.