파이버 레이저 렌즈와 CO2 레이저 렌즈의 차이점

서론: 레이저 시스템의 핵심

고정밀 레이저 절단 및 용접 장비의 중심에는 중요한 구성 요소가 있습니다. 바로 집속 렌즈 어셈블리입니다. 이 광학 시스템은 강력한 레이저 빔을 받아 그 에너지를 극도로 작고 강렬한 지점에 집중시키는 역할을 하며, 덕분에 레이저가 금속을 정밀하게 절단하거나 용접할 수 있습니다. 그러나 모든 레이저가 동일한 것은 아니며, 따라서 렌즈 어셈블리 역시 동일하지 않습니다. 파이버 레이저 렌즈의 경우, 서로 다른 레이저 절단 헤드 제조업체마다 광학 경로 및 구조 설계가 다를 수 있으며, 지름과 초점 거리가 동일하더라도 다를 수 있습니다. CO2 집속 렌즈의 경우, 모양, 지름, 가장자리 두께, 초점 거리가 구매 전 사용자가 반드시 알아야 할 주요 사양입니다.

근본적 인 차이점: 모든 것 은 파장 으로 시작 된다

이 두 렌즈를 구별하는 가장 중요한 요소는 레이저 빛의 파장입니다. 미크론 (μm) 또는 나노미터 (nm) 로 측정되는 파장은 렌즈 물질 자체를 포함한 물질과 빛의 상호 작용을 결정합니다.

• 이산화탄소 레이저: 이 레이저는 10.6 마이크로미터 (μm) 의 긴 파장에서 작동합니다. 이것은 중부 적외선 스펙트럼에 있습니다. 인간의 눈으로는 보이지 않습니다.
• 섬유 레이저: 이와는 달리, 섬유 레이저는 1.07 마이크로미터 (μm) 또는 1064 나노미터 (nm) 에 해당하는 훨씬 짧은 파장의 빛을 생산합니다. 이것은 근 적외선 스펙트럼입니다.

왜 이게 중요한가? 캠프파이어의 열을 집중시키기 위해 유리 창문을 사용하려고 하는 것을 상상해보세요. 유리 는 가시 빛 을 통과 시키면서 열 (장파 적외선) 을 차단 할 수 있다. 마찬가지로, 빛의 한 파장에 완벽하게 투명한 물질은 다른 파장에 완전히 불투명하거나 흡수할 수 있습니다. 이것은 섬유 레이저 렌즈 조립이 CO2 레이저 시스템에서 사용할 수 없는 주된 이유이며, 그 반대의 경우입니다.

렌즈 재료: 투명성 과 전력 처리 의 핵심

서로 다른 파장 은 렌즈 집합체 내 의 개별 광적 요소 가 제조 될 수 있는 재료 를 직접 결정 한다. 이 선택은 비용, 내구성, 그리고 성능에 영향을 미칩니다. 특히 높은 전력 조건에서요.

• CO2 레이저 렌즈: CO2 렌즈 어셈블리의 광학 요소에 사용되는 표준 재료는 아연 셀레나이드(ZnSe)입니다. ZnSe는 10.6μm 파장 대역에서 흡수율이 매우 낮아 레이저 에너지가 거의 손실 없이 통과할 수 있으며, 열 발생도 최소화됩니다. 게르마늄(Ge) 및 갈륨비소(GaAs)와 같은 다른 재료들도 고출력 또는 특수 응용 분야에 사용되기도 합니다. 이러한 재료들은 일반적으로 비용이 더 비싸며 열충격에 민감할 수 있습니다.

파이버 레이저 렌즈: 표준 파이버 레이저 렌즈 어셈블리의 광학 요소에 사용되는 주요 재료는 융합 실리카 또는 합성 석영입니다. 융합 실리카는 1μm 파장 대역에서 뛰어난 투명도를 제공하며, 높은 열 안정성과 열 렌징 현상에 대한 우수한 저항성을 갖습니다. 열 렌징이란 렌즈가 가열되어 형태가 변하면서 빔의 초점이 흐려지는 현상입니다. 또한 매우 단단하고 오염에 강해 산업 환경에서도 내구성이 뛰어납니다.

광학 설계: 렌즈 어셈블리 vs. 광학 요소

광학 설계를 이해하려면 전체 "렌즈 어셈블리"와 그 내부에 있는 개별 "광학 요소"를 구분해야 합니다. 초점 렌즈는 하나의 시스템이며, 그 구현 방식은 특정 유형의 광학 요소에 국한되지 않습니다.

CO2 레이저 광학 장치: CO2 레이저 초점 어셈블리는 투과형(렌즈 사용)과 반사형(거울 사용) 설계 모두를 활용할 수 있습니다. ZnSe 렌즈가 일반적이지만, 매우 높은 출력 수준(예: 수 킬로와트 이상)에서는 반사형 초점 거울을 더 선호합니다. 이러한 거울은 종종 구리 또는 몰리브덴으로 제작된 포물면 거울입니다. 이는 "CO2 초점 렌즈 어셈블리"가 반드시 투과형 렌즈 요소를 포함하는 것은 아니며, 핵심 구성 요소가 반사형 거울일 수 있다는 것을 보여주는 대표적인 예입니다.

파이버 레이저 광학 장치: 현대의 파이버 레이저 절단 헤드는 복잡한 광학 시스템입니다. 이 렌즈 어셈블리는 일반적으로 콜리메이팅 렌즈 그룹, 초점 렌즈 그룹 및 보호 창으로 구성된 여러 요소들로 이루어져 있습니다. 이 어셈블리 내부의 핵심 초점 요소는 대부분 일체형 석영(Fused Silica)으로 만들어지며, 이는 우수한 전반적인 특성 덕분입니다. 그러나 이러한 요소는 요구되는 성능에 따라 단일 렌즈, 듀플렛(두 개의 렌즈가 접합된 형태), 또는 비구면 렌즈일 수도 있으므로, "파이버 레이저 렌즈 어셈블리"와 특정 "렌즈 요소" 간의 관계는 고정되어 있지 않으며 맞춤형 솔루션임을 이해하는 것이 중요합니다.

적용 분야 집중: 올바른 렌즈 선택이 결과를 결정하는 이유

파장의 차이는 단지 렌즈에만 영향을 주는 것이 아니라, 레이저가 어떤 재료를 효율적으로 가공할 수 있는지를 결정합니다.

• ZnSe 렌즈가 장착된 CO2 레이저: 10.6μm 파장은 비금속 재료에 의해 매우 잘 흡수됩니다. 따라서 적절한 렌즈 어셈블리와 함께 사용되는 CO2 레이저는 목재, 아크릴, 플라스틱, 섬유 및 세라믹을 절단하고 조각하는 데 최적의 선택입니다.
• 융합 실리카 렌즈가 장착된 파이버 레이저: 1μm 파장은 금속에 의해 훨씬 더 효율적으로 흡수됩니다. 따라서 파이버 레이저 렌즈 어셈블리는 현대 금속 가공의 핵심입니다. 이는 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 황동 및 구리의 절단, 용접 및 마킹을 전례 없는 속도와 에너지 효율로 가능하게 하는 핵심 구성 요소입니다.

CO2 광학계와 파이버 광학계의 유지보수에는 어떤 차이점이 있나요

1064nm 근적외선 레이저는 독특한 특성과 우수한 기본 빔 품질, 소형 설계 덕분에 가공 효율성, 정밀도, 비용 효율성 측면에서 상당한 장점을 보여주고 있습니다. 특히 금속 가공 분야에 적합한 파이버 레이저 시스템은 최근 몇 년간 CO2 레이저 절단 장비의 시장 점유율을 빠르게 대체해 왔습니다. CO2 레이저에 비해 파이버 레이저는 핵심 광학 부품의 유지보수 비용이 낮으며 교체가 용이합니다. 제조업체들은 절단 헤드 설계를 지속적으로 최적화하여 사용자가 내부 부품을 손상시키지 않고도 부품을 신속하게 교체할 수 있도록 하고 있습니다. 예를 들어, 초점 조절 렌즈 서랍과 평행 빔 렌즈 서랍 초점 조절 렌즈 서랍과 평행 빔 렌즈 서랍 사용자가 전문가의 도움 없이 깨끗한 환경에서 교체 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 그러나 CO2 레이저의 내부 구조가 복잡하기 때문에 모든 광학 부품의 교체는 현장에서 전문가에 의해 이루어져야 하며, 이는 비용이 저렴하지 않습니다.