Dans un système laser médical à double spot, la lentille sphérique biconvexe fonctionne comme le collimateur primaire. Elle capte la lumière naturellement divergente (qui s'étale) sortant de la fibre optique et la transforme en un faisceau droit et parallèle. Ce processus crée un spot circulaire stable qui sert de base nécessaire à toute manipulation et division ultérieure du faisceau.
La lentille agit comme un pont optique entre la sortie brute de la fibre et la mise en forme précise du faisceau. En convertissant la lumière divergente en un flux parallèle, elle assure la stabilité et la qualité requises pour des applications laser médicales précises.
La mécanique de la transformation du faisceau
Le principal défi des systèmes laser à fibre optique est que la lumière sort de la fibre en forme de cône, s'étalant au fur et à mesure de sa propagation. La lentille sphérique biconvexe résout cette inadéquation géométrique.
Correction de la divergence de la fibre
La lumière laser brute émise par une fibre optique est divergente. Sans intervention, l'énergie du faisceau se dissiperait rapidement avec la distance, rendant le ciblage précis impossible.
La lentille biconvexe intercepte ce cône de lumière en expansion immédiatement après qu'il quitte l'extrémité de la fibre.
Création d'une sortie collimatée
Grâce à sa courbure spécifique, la lentille réfracte les rayons lumineux entrants. Elle les dévie de manière à ce qu'ils se propagent parallèlement à l'axe optique.
Cette transformation aboutit à un spot circulaire collimaté. Au lieu d'un cône qui s'étale, le système travaille désormais avec une colonne de lumière contrôlée qui maintient son diamètre sur la distance.
Le rôle critique du positionnement
Avoir simplement la lentille ne suffit pas ; la géométrie de la configuration est le facteur décisif des performances du système.
L'exigence de la longueur focale
Pour obtenir une collimation véritable, la lentille doit être positionnée à une distance précise de l'extrémité de la fibre. Cette distance correspond exactement à la longueur focale de la lentille.
Si la fibre est placée ailleurs qu'au point focal, le faisceau de sortie convergera (focalisera) ou continuera à diverger, ne parvenant pas à créer le chemin parallèle nécessaire.
Activation des composants en aval
Un système à double spot repose sur la division et la mise en forme du faisceau plus loin dans le trajet optique. Ces composants complexes nécessitent une entrée standardisée pour fonctionner correctement.
La lentille biconvexe garantit que l'optique de mise en forme du faisceau suivante reçoit une entrée parallèle de haute qualité. C'est le prérequis pour contrôler la taille et la stabilité de la forme du spot final.
Comprendre les compromis de précision
Bien que la lentille sphérique biconvexe soit efficace, elle introduit des sensibilités spécifiques dans le système qui doivent être gérées.
Sensibilité à l'alignement
Étant donné que le système repose sur la relation exacte entre l'extrémité de la fibre et le point focal de la lentille, les tolérances mécaniques sont serrées. Même de légers désalignements le long de l'axe peuvent dégrader la collimation.
Gestion des aberrations
Les lentilles sphériques peuvent introduire des aberrations sphériques, où les rayons au bord de la lentille focalisent différemment de ceux du centre. Dans les contextes médicaux de haute précision, la qualité et la courbure de la lentille doivent être soigneusement sélectionnées pour minimiser ces distorsions et maintenir une densité de spot uniforme.
Faire le bon choix pour votre conception
Le rôle de cette lentille est fondamental : il dicte la qualité de chaque processus optique qui la suit.
- Si votre objectif principal est la stabilité du faisceau : Assurez-vous que le boîtier mécanique maintient rigidement la distance entre la fibre et la lentille exactement à la longueur focale.
- Si votre objectif principal est la qualité du spot : Privilégiez la qualité de surface de la lentille biconvexe pour garantir que le spot circulaire collimaté résultant est exempt de distorsions avant d'atteindre le diviseur de faisceau.
En fin de compte, la lentille sphérique biconvexe transforme l'énergie brute en un outil utilisable, servant de gardien critique de la précision optique dans les procédures médicales.
Tableau récapitulatif :
| Composant | Fonction | Résultat dans le système à double spot |
|---|---|---|
| Pointe de fibre d'entrée | Émet l'énergie laser brute | Cône de lumière divergent |
| Lentille biconvexe | Réfracte les rayons lumineux en expansion | Crée un faisceau collimaté (parallèle) |
| Alignement focal précis | Espacement fibre-lentille | Assure la stabilité et la circularité du faisceau |
| Interface de sortie | Prépare le faisceau à la division | Entrée de haute qualité pour l'optique de mise en forme |
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Références
- Marcel Isper, Matthew Boyd. Design and optimization of dual-spot size optical systems for medical lasers. DOI: 10.1109/honet.2017.8102208
Cet article est également basé sur des informations techniques de Belislaser Base de Connaissances .
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