NM Laser Products,光束特性,對(duì)準(zhǔn)和偏振,快門的熱和機(jī)械安裝,每個(gè)激光快門都有一個(gè)光學(xué)額定值，必須遵守以避免損壞。影響因素包括額定波長(zhǎng)（用于介質(zhì)鏡）或波長(zhǎng)范圍（用于金屬鏡）、連續(xù)波最大功率、峰值能量密度（能量通量）、推薦光束直徑、偏振矢量和對(duì)準(zhǔn)控制。
光束特性、對(duì)準(zhǔn)和偏振
每個(gè)激光快門都有一個(gè)光學(xué)額定值，必須遵守以避免損壞。影響因素包括額定波長(zhǎng)（用于介質(zhì)鏡）或波長(zhǎng)范圍（用于金屬鏡）、連續(xù)波最大功率、峰值能量密度（能量通量）、推薦光束直徑、偏振矢量和對(duì)準(zhǔn)控制。
激光快門設(shè)計(jì)用于使用孔徑直徑50-80%的典型光束。這有助于金屬鏡的良好散熱，并保持高損傷閾值。當(dāng)小光束用于較大孔徑且能量通量或連續(xù)波功率較高時(shí)，請(qǐng)咨詢我們的銷售工程師以獲取光學(xué)損傷的估計(jì)閾值；我們擁有相關(guān)數(shù)據(jù)。
光束需要對(duì)準(zhǔn)進(jìn)入輸入孔徑，以確保反射的能量被引導(dǎo)到正確的位置。介質(zhì)光學(xué)器件需要良好的對(duì)準(zhǔn)實(shí)踐，以提供最高的反射率和損傷閾值。通常，入射光束應(yīng)與輸入面正交，偏差在約5度以內(nèi)。
通過(guò)將較小光束定位在孔徑內(nèi)的特定位置（鏡面運(yùn)動(dòng)軸上），可以在曝光特性上獲得一些優(yōu)勢(shì)。這可以略微提高開(kāi)啟或關(guān)閉速度，通常為20%。切勿將光束直接射入輸出孔徑。此處的材料不適合暴露在輻射下。
一些激光快門使用近掠入射以實(shí)現(xiàn)更高的反射率。如果激光是偏振的，請(qǐng)將偏振矢量與輸入孔徑上的標(biāo)簽對(duì)齊。這可以降低鏡面的工作溫度，減少對(duì)污染的敏感性，并提高損傷閾值。在較低功率水平下，偏振對(duì)準(zhǔn)不是必需的。
快門的熱和機(jī)械安裝
激光快門必須牢固安裝，以保持光束在孔徑中對(duì)準(zhǔn)。快門內(nèi)部產(chǎn)生的熱量必須通過(guò)安裝傳導(dǎo)出去。這兩點(diǎn)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的安裝實(shí)現(xiàn)，例如安裝到底座、機(jī)箱、冷卻板等。
有三個(gè)基本原則需要遵守：
- 安裝材料必須具有高導(dǎo)熱性。
- 從激光快門底座到“無(wú)限”大質(zhì)量的材料橫截面必須足夠大。
- 附近的安裝件或硬件不得是鐵磁性的。這通常導(dǎo)致大家選擇鋁材。
激光快門將內(nèi)部熱量傳遞到底板，因此必須在此處安裝以實(shí)現(xiàn)良好的熱流。我們不推薦使用任何墊片或油脂，因?yàn)楸砻媸瞧教骨颐娣e較大。如果沒(méi)有“無(wú)限質(zhì)量”（如光學(xué)平臺(tái)或框架），請(qǐng)考慮使用水冷板。市場(chǎng)上有很多低成本的小型水冷裝置。
傳導(dǎo)到的質(zhì)量將成為一個(gè)熱電容器，因此小塊材料會(huì)迅速加熱，導(dǎo)致激光快門過(guò)熱。根據(jù)激光快門的工作周期，可能不需要強(qiáng)制安裝，但應(yīng)計(jì)劃最壞情況，即快門長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟。
當(dāng)激光快門溫度超過(guò)約50°C時(shí)，性能會(huì)下降；超過(guò)80°C時(shí)，大多數(shù)快門將無(wú)法打開(kāi)，表明熱過(guò)載。我們使用極低放氣材料，但溫度會(huì)加速放氣，因此請(qǐng)控制快門溫度。超過(guò)110°C的溫度會(huì)對(duì)聚合物造成不可逆的損壞。
遠(yuǎn)離磁性材料和設(shè)備。法拉第旋轉(zhuǎn)器和其他磁性設(shè)備可能會(huì)改變激光快門的磁場(chǎng)。安裝支架絕不能是鐵磁性的，因?yàn)殍F磁性材料也是不良的熱導(dǎo)體。
在需要隔離振動(dòng)和沖擊的情況下，考慮使用水冷板或某些情況下的空氣冷卻。然后，您可以在機(jī)械上“懸掛”激光快門，同時(shí)仍能獲得冷卻。對(duì)于小型設(shè)備，足夠的空氣冷卻并不簡(jiǎn)單，因此在嘗試空氣冷卻之前請(qǐng)咨詢我們的工作人員。某些型號(hào)的功耗非常低，簡(jiǎn)化了安裝。
在真空應(yīng)用中，常見(jiàn)的安裝方式是從激光快門底座到真空容器壁的鋁制支架，或內(nèi)部焊接的架子。
用戶自建電路
我們的許多激光快門型號(hào)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的直流電路驅(qū)動(dòng)。通過(guò)為您的特定應(yīng)用設(shè)計(jì)和構(gòu)建簡(jiǎn)單電路，可以實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。這對(duì)于我們的OEM客戶來(lái)說(shuō)很常見(jiàn)，他們通常在主電子系統(tǒng)中配備直流電源。
我們的激光安全快門型號(hào)設(shè)計(jì)為易于通過(guò)簡(jiǎn)單直流電路驅(qū)動(dòng)。高速激光快門需要復(fù)雜的電路，設(shè)計(jì)難度較大。
我們推薦用于工藝和安全激光快門型號(hào)的低成本電路是電容放電電路（見(jiàn)我們的電子快門控制器技術(shù)頁(yè)面）。其優(yōu)點(diǎn)是成本最低、布局簡(jiǎn)單、零件數(shù)量少，提高了MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）潛力。缺點(diǎn)是電壓降低電阻中的功耗及相關(guān)熱量。如果有足夠的散熱表面且電力預(yù)算未接近最大值，應(yīng)優(yōu)先考慮此電路以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)施。
對(duì)于激光快門這樣的機(jī)電設(shè)備，此電路提供了從較高“升壓”電壓到長(zhǎng)期“保持”電壓的平滑絕熱過(guò)渡。指數(shù)電壓和電流衰減曲線也是電磁鐵的“拉力”曲線。隨著機(jī)械彎曲彈簧力的增加，該力逐漸衰減，從而在彎曲到達(dá)開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生較軟的開(kāi)啟停止和極小的機(jī)械反彈。
替代電路方法通常在一段時(shí)間內(nèi)施加“升壓”電壓，然后迅速降至較低的保持電壓。這種方法更高效。較低電壓通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使用單獨(dú)的電感器或激光快門電磁繞組本身作為開(kāi)關(guān)電感器。
由于激光快門可能具有高電感，且大多數(shù)PWM設(shè)計(jì)用于在音頻頻率以上（約30 kHz）工作，因此存在一些實(shí)際限制。一種變體是使用兩個(gè)直流電源（通常為24 V和5 V），并在升壓和保持電壓之間切換。許多OEM系統(tǒng)都有24 V和5 V電源。
當(dāng)激光快門訂購(gòu)時(shí)不帶控制器時(shí)，假定用戶將自建電路。
以下是影響電子性能的常見(jiàn)問(wèn)題：
a.?熱安裝不足：激光快門電磁鐵加熱后無(wú)法拉動(dòng)彎曲打開(kāi)。對(duì)于安全快門，其功耗為1-10 W，溫升通常來(lái)自光學(xué)負(fù)載。不要嘗試顯著增加保持電壓以補(bǔ)償不良安裝。遠(yuǎn)離磁性源或鐵磁材料。
b.?激光快門必須接收指定的電壓/電流：力是非線性的，因此確保升壓和保持電壓值正確非常重要。否則，會(huì)出現(xiàn)不一致的開(kāi)啟，類似于溫度問(wèn)題。檢查直流電源是否負(fù)載下降，開(kāi)關(guān)元件（如雙極或FET晶體管）是否沒(méi)有較大的電壓降，電纜長(zhǎng)度是否合適以減少電壓降。在電容放電電路中，可以增加電容以提高開(kāi)啟保證余量。
c.?外部環(huán)境的熱、振動(dòng)和沖擊：這些都會(huì)影響性能。在高沖擊和振動(dòng)環(huán)境中使用更高的保持電壓。在環(huán)境溫度較高時(shí)也是如此。
d.?注意電路的容差：很容易看到24 V電源通過(guò)連接器、電纜、開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體降至20 V。使用低損耗元件。
e.?兩級(jí)電路必須正確校準(zhǔn)以保持：如果升壓信號(hào)太短，激光快門將無(wú)法完全打開(kāi)。如果處于臨界狀態(tài)，彎曲的快速加速和由此產(chǎn)生的速度可能會(huì)導(dǎo)致反彈而不是鎖定到開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)然，非常長(zhǎng)的升壓周期最終會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，無(wú)論是否有反彈。理想電路在彎曲達(dá)到開(kāi)啟行程的約75%時(shí)從升壓電平（通常為24 V）切換到保持電平（通常為5 V）。除非有適當(dāng)考慮，否則升壓和保持之間不應(yīng)有明顯的電壓下降。
f.?高級(jí)電路：可以在快門關(guān)閉前施加“制動(dòng)”脈沖以阻尼沖擊。在開(kāi)啟時(shí)施加“電流斜坡”可以阻尼開(kāi)啟沖擊。我們的CX4000B PCB實(shí)現(xiàn)了所有這些功能。
快門壽命
激光快門壽命通過(guò)機(jī)械故障和光學(xué)故障來(lái)衡量。如果操作正確并保持清潔，光學(xué)元件可以具有近乎無(wú)限的使用壽命。材料的極端工程已實(shí)現(xiàn)了最小的顆粒生成。對(duì)于最苛刻的半導(dǎo)體應(yīng)用，提供 purge 端口。
某些型號(hào)允許拆卸蓋子和清潔光學(xué)元件。機(jī)械壽命由彈性體和聚合物粘合技術(shù)以及開(kāi)關(guān)快門時(shí)的沖擊應(yīng)力控制。這可以通過(guò)電子控制器波形阻尼功能來(lái)控制。
我們生產(chǎn)多種產(chǎn)品，針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)進(jìn)行權(quán)衡。安全快門和工藝快門設(shè)計(jì)為在推薦的控制電路下提供超過(guò)1億次循環(huán)，某些型號(hào)設(shè)計(jì)為超過(guò)10億次循環(huán)。我們已生產(chǎn)了數(shù)萬(wàn)種產(chǎn)品，展示了其壽命性能。我們定期對(duì)修訂版和新產(chǎn)品進(jìn)行大批量壽命測(cè)試。
我們的某些高速激光快門以非常高的速度（6 m/s）運(yùn)行，設(shè)計(jì)壽命在1-5億次循環(huán)范圍內(nèi)。控制器可以設(shè)置為在速度與壽命之間進(jìn)行權(quán)衡。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置代表了市場(chǎng)的一般需求。
如果保持清潔并在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)下操作，可以避免光學(xué)損傷。嚴(yán)重的光學(xué)損傷可能會(huì)影響機(jī)械元件。大多數(shù)光學(xué)元件在損壞時(shí)可以更換（LIDT）。
如果熱管理不善，可能會(huì)發(fā)生電氣損壞。這是不可逆的損壞，但在正確操作下不會(huì)發(fā)生。我們的濕繞電磁鐵具有最高的可靠性和導(dǎo)熱性。
該技術(shù)代表了機(jī)械激光快門產(chǎn)品的最高可靠性。在壽命比速度更重要的應(yīng)用中，請(qǐng)咨詢我們的銷售工程師，以確保您的自建控制產(chǎn)品為快門提供理想的波形。
許多光學(xué)和激光快門型號(hào)在OEM設(shè)備中通常使用超過(guò)10億次循環(huán)，主要用于高速加工。該技術(shù)的固有特性使我們能夠在短短一兩個(gè)月內(nèi)展示此類性能。
一旦選擇了電氣驅(qū)動(dòng)和激光快門型號(hào)（包括所有選項(xiàng)），我們可以向OEM客戶提供壽命測(cè)試結(jié)果。它們是配對(duì)的，壽命性能相互依賴。
污染
我們使用低放氣材料，因此請(qǐng)確保不要向光學(xué)系統(tǒng)添加任何污染物。與溫度相關(guān)的放氣和光化學(xué)反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生薄膜，從而降低光學(xué)性能。
多年的產(chǎn)品改進(jìn)和修訂已實(shí)現(xiàn)了在數(shù)億次循環(huán)中最低的顆粒生成。這保護(hù)了內(nèi)部的鏡面和吸收器，并減少了從快門孔徑噴出的材料。對(duì)于最關(guān)鍵的半導(dǎo)體潔凈室應(yīng)用，增加了 purge 端口以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓流動(dòng)。
我們不推薦使用硅脂進(jìn)行安裝或在激光快門或光束 containment 管上使用任何膠帶。在制造和加工環(huán)境中，采取措施保持激光快門清潔，避免切割或焊接時(shí)噴出的材料。
切勿使用壓縮空氣清潔激光快門；它含有水和油蒸氣。請(qǐng)使用潔凈室真空或干燥的實(shí)驗(yàn)室除塵氣體（如氮?dú)猓４箢w粒可能會(huì)抑制激光快門的彎曲運(yùn)動(dòng)。如果包裝不當(dāng)或鐵磁性碎屑（包括小螺母和螺釘）被吸入孔徑，可能會(huì)發(fā)生這種情況。
始終在運(yùn)輸前將激光快門密封在塑料袋中，以避免污染物進(jìn)入孔徑。
抖動(dòng)考慮
抖動(dòng)不是我們激光快門型號(hào)的硬性規(guī)格，因?yàn)樗S控制器電子設(shè)備和用戶自建電路而變化。
在我們的設(shè)計(jì)中，抖動(dòng)和/或“反彈”受三個(gè)因素影響：力的變化、靜摩擦和動(dòng)摩擦。
主要因素是力的變化，這完全由電磁鐵中的電流控制。溫度變化會(huì)改變銅線電阻，從而導(dǎo)致電流變化——但僅限于電壓控制的電子設(shè)備。使用電流控制的電子設(shè)備（如我們的CX4000B PCB），力不會(huì)變化。可重復(fù)的力允許在最大額定快門重復(fù)率下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、無(wú)抖動(dòng)的操作。
摩擦和靜摩擦是指開(kāi)放和關(guān)閉靜止表面的物理特性，在我們的彎曲設(shè)計(jì)中幾乎為零影響。使用先進(jìn)聚合物即使在高溫下也能實(shí)現(xiàn)幾乎零磨損、摩擦和靜摩擦。
使用電流控制驅(qū)動(dòng)需要確保熱安裝適合功耗負(fù)載（電氣和光學(xué)）。電流控制無(wú)法識(shí)別熱量積累，如果快門未安裝或安裝不當(dāng)，可能會(huì)發(fā)生熱失控。我們推薦使用CX4000B PCB以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)最快的速度、無(wú)抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和高功耗效率。
高速激光快門的最大重復(fù)率部分是由于抖動(dòng)增加而產(chǎn)生的。超過(guò)最大重復(fù)率時(shí)，抖動(dòng)可能會(huì)變得比曝光長(zhǎng)度大。將光束對(duì)準(zhǔn)孔徑中心可以減少抖動(dòng)。
在彎曲運(yùn)動(dòng)中有一些動(dòng)態(tài)過(guò)程會(huì)在高重復(fù)率下產(chǎn)生一些非常低抖動(dòng)的“甜點(diǎn)”，但通常應(yīng)根據(jù)應(yīng)用評(píng)估抖動(dòng)。在低重復(fù)率下，高速激光快門的抖動(dòng)約為5微秒，在200 Hz范圍內(nèi)增加到約50微秒。
通過(guò)控制器波形可以在一定程度上控制抖動(dòng)，因此如果對(duì)您的應(yīng)用至關(guān)重要，請(qǐng)告知我們的工作人員。替代型號(hào)或精心校準(zhǔn)的控制器可能是解決方案。
