01מבוא
כיום פותחו סוגים שונים של מערכות העברת אלומה, אשר בעצם מנחות את האלומה ממקור האור לאזור היישום. ברוב המקרים, מקור האור בו נעשה שימוש הוא סוג של לייזר, למשל, בעיבוד חומר בלייזר, יש צורך להנחות את הפלט של לייזר תעשייתי לחומר העבודה כך שהוא ייחשף ללייזר. בעיבוד תעשייתי, מערכות העברת קרן משמשות בדרך כלל בשילוב עם טכנולוגיה רובוטית. בדרך כלל, ראש עיבוד הלייזר על הזרוע הרובוטית מסופק על ידי לייזר נייח. גישה נוספת היא להרכיב לייזר קומפקטי וחזק מספיק ישירות על הזרוע הרובוטית כדי למזער את אורך נתיב האלומה הנדרש ולמקסם את הניידות. היתרון של מערכות העברת קרן הוא בכך שהן מאפשרות למקם את מקור הלייזר באזור מוגן וקל לתחזוקה ולא בקרבת אזור היישום. בנוסף, מערכות מסירה ניתנות להזזה מאפשרות גם להעביר את קרן הלייזר על פני שטח גדול מבלי להזיז את הלייזר הכבד עצמו. עם זאת, עבור מערכות העברת אלומה ארוכות, ייתכנו גם כמה חסרונות, כגון אובדן הספק אופטי, מגבלות עקב השפעות לא ליניאריות או בעיות של הרחבת דופק (עבור פולסים קצרים במיוחד).
02Free-מערכת העברת קרני חלל
ניתן להנחות את אלומת הפלט הפנוי-של לייזר באמצעות מראות. אם נעשה שימוש במראות דיאלקטריות באיכות גבוהה-עם רפלקטיביות- גבוהה, ניתן לטפל ברמות הספק אופטיות גבוהות במיוחד. גם כאשר נדרשות מספר מראות, קצב השידור שלהן (אחוז הספק המוצא להספק המבוא) יכול להיות קרוב מאוד ל-100%. מראות דיאלקטריות יעילות רק בטווח אורכי גל מוגבל. לכן, ציוד כזה מיוצר בדרך כלל עבור סוגים ספציפיים של לייזרים, המתאים ללייזרי Nd:YAG ו-Yb:YAG באורכי גל של 1064nm ו-1030nm, אך לא ניתן להפעלה באורכי גל של 1500nm או 2000nm. עם זאת, מראות זמינות בשוק עבור טווח רחב של אורכי גל, החל מאולטרה סגול (למשל, לייזר אקסימר), לטווח הנראה (לדוגמה, לייזרים Yb:YAG כפולים בתדר-), ועד לטווח האינפרא אדום (למשל, לייזרים CO2). למערכת העברת האלומה הפשוטה ביותר יש נתיב אלומה קבוע, למשל הכולל רק סטיה אחת או שתיים של 90 מעלות כדי לכוון את האלומה האופקית המקורית כלפי מטה אל חומר העבודה. כל נתיב האלומה סגור במערכת צינורות אטומה, שבקצהה ראש עיבוד הלייזר. ניתן לשנות את הנתיב על ידי החלפת רכיבי איטום, אך לא ניתן לשנות אותו במהלך הפעולה.
פתרון קלאסי להעברת אלומת חלל- חופשית הוא זרוע המראה המצוירת, שבה מושגת נתיב אור נע דרך מראות המשולבות בזרוע המשקפת הצירים. עיצוב המפרק מבטיח שהוא זז רק כאשר מופעל מומנט מינימלי; אחרת, הוא נשאר במצב. ניתן לפצות את משקל הרכיבים על ידי משקולות נגד, קפיצים או אמצעים אחרים, מה שמקל על התאמות המיקום. כדי להשיג תנועה חלקה ומיקום אלומה יציב, הימנעות מבעיות כמו סחיפה ורטט, ההתקנים האופטו-מכניים שבהם נעשה שימוש חייבים להיות מדויקים ביותר. בסוף המערכת האופטית לשידור קרן, בדרך כלל מחובר מכשיר אופטי, כגון אוזניות, ראש עיבוד לייזר קבוע או ראש סריקה. לרוב, האלומה ממוקדת באזור היישום, בעוד שבמקרים אחרים היא מאירה אזור מטרה גדול יותר.
03 מערכת העברת קרן סיבים אופטיים שידור סיבים אופטיים היא שיטה גמישה ביותר להעברת קרני לייזר. בדרך כלל, הסיבים המשמשים להעברת לייזר מכוסים בכבלים אופטיים מגנים הכוללים מעטה חיצונית להגנה על הסיבים השבירים ועשויים גם לשלב תכונות נוספות, כגון מערכת-מובנית לניטור כבלים שיכולה לזהות את דליפת הלייזר עקב נזק סיבים מקרי בזמן אמת. סיבי קוורץ, כסיבי הזכוכית האופטי הנפוץ ביותר, יכולים לספק אנרגיית אור עם אובדן שידור נמוך מאוד על פני טווח אורכי גל מסוים, עם מרחקי שידור של כמה מטרים או אפילו יותר. טווח אורכי הגל שלו מכסה את אזור האינפרא אדום הקרוב- שבו פועלים רוב הלייזרים התעשייתיים. עם זאת, גם המגבלות של חומר זה ניכרות. ביישומי הספק-גבוהים, לסיבי קוורץ יכולות שידור מוגבלות בטווח האולטרה-סגול (כגון לייזר אקצימר) ובטווח האינפרא-אדום הרחוק-. דוגמה טיפוסית היא שללייזר CO₂ עם אורך גל של 10600 ננומטר, אין כיום כמעט סיבים בוגרים המסוגלים לשדר ביעילות את אלומת ההספק הגבוהה שלו, וזרועות מפרקיות הן פתרון נפוץ בתחום זה. ככל שההספק האופטי שיש לשדר גבוה יותר, כך קוטר ליבת הסיבים צריך להיות גדול יותר. זה נועד בחלקו להפחית את צפיפות ההספק בתוך הליבה כדי למנוע נזק, ובחלקו כדי להתאים למוצר פרמטר קרן גדול יותר (BPP) המשויך בדרך כלל למקורות לייזר{15}}גבוהים. כדי לחבר ביעילות את הלייזר לתוך הסיב, הסיב זקוק לצמצם מספרי גדול מספיק (NA), אשר נקבע על ידי הפרש מקדם השבירה בין הליבה לחיפוי. השילוב של קוטר ליבה גדול ו-NA גבוה מוביל למספר רב של מצבים מונחים, מה שהופך את התפשטות האלומה בתוך הסיב למורכבת ביותר. גם אם ההפסד האופטי הכולל קטן, חלוקה מחדש של אנרגיה בין מצבים שונים מובילה לרוב לירידה בבהירות האלומה, המכונה בדרך כלל איכות אלומה מופחתת. יציאות סיבים מצוידות בדרך כלל באלמנטים אופטיים נוספים, כגון ראשי עיבוד או ראשי סריקה. בעיקרו של דבר, ראש זה קובע את המיקום והכיוון של האלומה, ורק להזיז את כבל הסיבים יש השפעה מועטה על מאפייני האלומה. עם זאת, כיפוף הסיב גורם בקלות לצימוד מצבים, אשר משנה את חלוקת הכוח בין מצבי הסיבים, ומשפיע הן על סטיית הקרן מהסיב והן על ה'מרכז' של חלוקת העוצמה בפלט הסיבים, מה שעלול להוביל לירידה מקבילה באיכות קרן הפלט.
