01Introdução
Atualmente, foram desenvolvidos diferentes tipos de sistemas de distribuição de feixe, que essencialmente guiam o feixe da fonte de luz para a área de aplicação. Na maioria dos casos, a fonte de luz utilizada é algum tipo de laser, por exemplo, no processamento de materiais a laser, é necessário direcionar a saída de um laser industrial para a peça de trabalho para que ela fique exposta ao laser. No processamento industrial, os sistemas de entrega de feixe são geralmente usados em conjunto com a tecnologia robótica. Normalmente, a cabeça de processamento a laser no braço robótico é alimentada por um laser estacionário. Outra abordagem é montar um laser suficientemente compacto e robusto diretamente no braço robótico para minimizar o comprimento do caminho do feixe necessário e maximizar a mobilidade. A vantagem dos sistemas de distribuição de feixe é que eles permitem que a fonte do laser seja colocada em uma área protegida e de fácil manutenção, em vez de perto da área de aplicação. Além disso, os sistemas de distribuição móveis também permitem que o feixe de laser seja movido por uma grande área sem mover o próprio laser pesado. No entanto, para sistemas de entrega de feixes longos, também pode haver algumas desvantagens, como perda de potência óptica, limitações devido a efeitos não lineares ou problemas de alargamento de pulso (para pulsos ultracurtos).
02Sistema de transmissão-de feixe espacial gratuito
O feixe-de saída de espaço livre de um laser pode ser guiado usando espelhos. Se espelhos dielétricos de alta-qualidade e alta{3}}refletividade forem usados, níveis de potência óptica extremamente altos poderão ser manipulados. Mesmo quando são necessários vários espelhos, a sua taxa de transmissão (a percentagem da potência de saída em relação à potência de entrada) pode ser muito próxima de 100%. Os espelhos dielétricos são eficazes apenas dentro de uma faixa limitada de comprimentos de onda. Portanto, tais equipamentos são geralmente fabricados para tipos específicos de lasers, adequados para lasers Nd:YAG e Yb:YAG em comprimentos de onda de 1064nm e 1030nm, mas não operáveis em comprimentos de onda de 1500nm ou 2000nm. No entanto, os espelhos estão disponíveis no mercado para uma ampla gama de comprimentos de onda, desde ultravioleta (por exemplo, lasers excimer), até a faixa visível (por exemplo, lasers Yb:YAG duplicados de frequência) e até a faixa infravermelha (por exemplo, lasers de CO2). O sistema de transmissão de feixe mais simples tem um caminho de feixe fixo, envolvendo, por exemplo, apenas uma ou duas deflexões de 90 graus para direcionar o feixe originalmente horizontal para baixo, em direção à peça de trabalho. Todo o caminho do feixe é encerrado em um sistema de conduíte hermético, no final do qual está o cabeçote de processamento a laser. O percurso pode ser modificado através da substituição dos elementos de vedação, mas não pode ser alterado durante a operação.
Uma solução clássica-de transmissão de feixe no espaço livre é o braço de espelho articulado, onde um caminho de luz móvel é obtido por meio de espelhos integrados ao braço reflexivo articulado. O desenho da junta garante que ela só se mova quando um torque mínimo é aplicado; caso contrário, ele permanece na posição. O peso dos componentes pode ser compensado por contrapesos, molas ou outros meios, facilitando os ajustes de posição. Para obter um movimento suave e uma posição estável do feixe, evitando problemas como desvios e vibrações, os dispositivos optomecânicos utilizados devem ser altamente precisos. Na extremidade do sistema óptico de transmissão de feixe, um dispositivo óptico é normalmente conectado, tal como um fone de ouvido, um cabeçote fixo de processamento a laser ou um cabeçote de varredura. Normalmente, o feixe é focado na área de aplicação, enquanto em outros casos ilumina uma área alvo maior.
03 Sistema de transmissão de feixe de fibra óptica A transmissão de fibra óptica é um método altamente flexível para fornecer feixes de laser. Normalmente, as fibras usadas para transmissão de laser são encapsuladas em cabos ópticos protetores que incluem uma bainha externa para proteger as fibras frágeis e também podem integrar recursos adicionais, como um sistema-incorporado de monitoramento de cabo que pode detectar o vazamento do laser devido a danos acidentais na fibra em tempo real. A fibra de quartzo, como a fibra óptica de vidro mais comum, pode fornecer energia luminosa com perda de transmissão muito baixa em uma faixa específica de comprimento de onda, com distâncias de transmissão de vários metros ou até mais. Sua faixa de comprimento de onda cobre a região do-infravermelho próximo onde a maioria dos lasers industriais opera. No entanto, as limitações deste material também são evidentes. Em aplicações-de alta potência, as fibras de quartzo têm capacidades de transmissão limitadas na faixa ultravioleta (como lasers excimer) e na faixa-infravermelha distante. Um exemplo típico é que, para um laser de CO₂ com comprimento de onda de 10.600 nm, atualmente quase não há fibras maduras capazes de transmitir efetivamente seu feixe de alta-potência, e braços articulados são uma solução comumente usada neste campo. Quanto maior a potência óptica a ser transmitida, maior deve ser o diâmetro do núcleo da fibra. Isso ocorre em parte para reduzir a densidade de potência dentro do núcleo para evitar danos e em parte para corresponder ao maior produto de parâmetro de feixe (BPP) normalmente associado a fontes de laser de alta-potência. Para acoplar eficazmente o laser à fibra, a fibra necessita de uma abertura numérica (NA) suficientemente grande, que é determinada pela diferença do índice de refração entre o núcleo e o revestimento. A combinação de um grande diâmetro de núcleo e alto NA leva a um grande número de modos guiados, tornando a propagação do feixe dentro da fibra extremamente complexa. Mesmo que a perda óptica geral seja pequena, a redistribuição de energia entre os diferentes modos geralmente leva à diminuição do brilho do feixe, comumente referida como redução da qualidade do feixe. As saídas de fibra são normalmente equipadas com elementos ópticos adicionais, como cabeçotes de processamento ou cabeçotes de digitalização. Essencialmente, esta cabeça determina a posição e a direção do feixe, e apenas mover o cabo de fibra tem pouco impacto nas características do feixe. No entanto, dobrar a fibra facilmente causa acoplamento de modo, o que altera a distribuição de energia entre os modos de fibra, afetando tanto a divergência do feixe da fibra quanto o 'centróide' da distribuição de intensidade na saída da fibra, levando potencialmente a um declínio correspondente na qualidade do feixe de saída.
