Линзы GaAs vs ZnSe для CO2 в плане фокусировки

[abris]

Остро стоит проблема более детальной гравировки на СО2. Сейчас уже не вспомню где именно, но попадалась информация о том, что благодаря чуть большему коэффициенту преломления в GaAs (3.13) для длинны волны СО2 лазера по сравнению с ZnSe (2.4), линзы из GaAS позволяют добиться более резкого/четкого сведения луча в точке фокусировки. Кто-нибудь проверял это на практике? На сколько это действительно так в конкретных цифрах?

[Фрезеровщиk]

А на каком станке вы хотите улучшить и на какой  лампе? Тут как-бы от механики станка то-же многое зависит.   У меня станок больше 10 лет в работе, и когда приносят гравировку на плёнках Tesa , видны межпроходные  полосы в микроскоп.  Глаз их не видит, качество устраивает, но сравнивал с образцом, который приносили для ориентира. Там этих полос не было.

[abris]

Станок, - обычный китаец с никому ничего не говорящим названием, рабочим полем 300х500 и трубкой 40Вт.  И, конечно же, я прекрасно понимаю какое влияние имеет механика на конечный результат, тем более когда пытаешься выгадать "пару-тройку длинн волн" -  но не хочу в рамках данной темы смешивать всё в одну кучу) Опять же, не помню источники, но неоднократно попадалась информация о том, что из-за ограничений накладываемых физическими законами и несовершенства оптики не возможно сфокусировать ИК-излучение CO2 лазера в точку диаметром менее ~5 длинн волны, - т.е. в данном случае порядка 50 мкм.  При этом, повторюсь,  

попадалась информация о том, что благодаря чуть большему коэффициенту преломления в GaAs (3.13) для длинны волны СО2 лазера по сравнению с ZnSe (2.4), линзы из GaAS позволяют добиться более резкого/четкого сведения луча в точке фокусировки

Вот меня и интересует вопрос, - действительно ли бОльший коэф. преломления GaAs для ИК-излучения позволяет фокусировать его в более "компактную" точку, чем "обычные" 50 мкм (может быть это значение дано при использовании обычного ZnSe)? И если да, то насколько сильно? 40 мкм? 30 мкм? 

[Фрезеровщиk]

Я почему спросил про станок? У меня ZnSe , и острой проблемы по мелкой гравировке не стоит. Даже гербовая печать на ура. Механика и лампа Synrad делают луч стабильным и сфокусированным. 25 Вт. трубка способна делать гербовые печати и резать за один проход 10 мм акрил. Линза ZnSe. 
Я конечно не специалист в такой науке, но на сайте synrad , производитель указывает размер 116 нанометров, что значит 0.116 микрон, а вы про 50. 

[abris]

На сайте Synard сказано:
Unmatched precision – with focused spot sizes as small as 116 μm (0.005”)
А μm в переводе на русский означает мкм. Так что даже для Synard "мои" 50 мкм пока что, видимо, несбыточная мечта...))

[Фрезеровщиk]

Ну да, 0,005 дюйма. Без очков микрометр с нанометром спутал.

[abris]

Много чего уже накопал по поводу фокусировки, но пока ничего из того, как это связано с коэффициентом преломления в материале линзы))
Из параметров, которые достаточно сильно влияют на конечный результат и на которые можно воздействовать без существенного изменения платформы, у нас всего два (не считая этого самого коэфф. преломления), - это фокусное расстояние линзы и диаметр приходящего на неё луча. 
Зависимость эта согласно формуле такая:
spot dia. (in mm) = 0.01326 x f / D
Именно эта формула сильно упрощена, т.к. в неё уже подставлены все остальные необходимые переменные и может применяться только для расчета по CO2 лазерам небольшой мощности с TEM₀₁ (основная масса китайских стеклянных).
Применительно к моему случаю, при использовании самой короткофокусной, из имеющихся, линзы 1,5" (38 мм) и диаметре входящего луча 5 мм получаем значение в 0.1 мм
Если найти линзу с фокусным в 1" (25 мм), можно будет уменьшить "рабочее пятно" до 0.06 мм, что уже будет близко к теоретическому пределу. Того же результат, по идее, можно будет добиться используя дополнительный расширитель пучка между излучателем и фокусирующей линзой. 2х кратный расширитель превратит луч диаметром 5 мм в 10 мм, - в результате, даже с линзой в 1,5" можно будет получить точку диаметром 0.05 мм.
P.S. на проверку, линза оказалась с фокусным расстоянием не 38 (как заявлено), а 35 мм! Выяснено было это путем простого измерения с помощью линейки, в системе из линзы, потолочного светильника и его сфокусированного на столе изображения))) И эти 3 мм разницы, очень заметно сказываются на качестве гравировки мелких деталей. 

[abris]

Раз никто и ничего по теме сказать не может, придется пробовать самому) Нашел и заказал GaAs линзу с фокусным 1" и короткое сопло к ней. Результат останется в тайне...)))

[Фрезеровщиk]

Народу посто не понятна задача. Что вы хотите в итоге получить, на сколько мелкая гравировка. По факту, для владельцев Trotec и Mercury на  12 ватт лампах, вопроса по мелким деталям вообще не стоит. Вы хотите превзойти их, или просто боритесь со своим 40 ватным китайцем? Покажите фото, что вы хотите сделать.

[abris]

Зачем далеко ходить за примерами?) Есть ГОСТ для гербовых печатей, который требует наличия на оной растра с линиатурой 80 линий на см. Это 8 линий в 1 мм. Соответственно, под каждую растровую точку в этой "линии" отведено пространство размером 0,125х0,125 мм. Лучше всего читается растр с размером точки 50%.  Это значит, что пространство, отведенное под точку, очень сильно упрощая картину, (на самом деле все намного сложнее) нужно поделить условно пополам. 0,0625 мм под печатный элемент и столько же под пробельный. 
А теперь объясните, как можно точкой, "as small as 116 μm", изобразить в материале пробельный элемент размером 62,5 μm?))
А вообще, по всем канонам, правильное построение растра подразумевает как минимум в 10 раз большую разрешающую способность устройства, чем требуемая линиатура. Т.е. при линиатуре 80 лин/см (200 lpi) размер точки, которым оперирует устройство, должен быть порядка 12 мкм - в десять раз меньше "as small as"...

[Фрезеровщиk]

ебуемая линиатура. Т.е. при линиатуре 80 лин/см (200 lpi) размер точки, которым оперирует устройство, должен быть порядка 12 мкм - в десять раз меньше "as small as"...

 Я думаю, вам нужно позвонить , войти в доверие, и просто выспросить, какие параметры влияют больше, механика китайского станка, частота работы в герцах или линза. Думаю линза на последнем месте будет. Кому позвонить? Когда я покупал лазер в Спектрум-лазере, парни говорили, что они закончили Бауманский вуз по направлению Лазерные технологии. Они точно знают, «где собака порылась». От себя, коль я один залез в эту тему, могу продемонстрировать точку со своего лазера, установленного на ФНА, более 25 лет назад, который может выдавать 450 LPI. Фото через микроскоп. 

[Фрезеровщиk]

Обычный режим , которого предостаточно для нас, 150 LPI, он выглядит вот так на фотопленке. Это я вчера делал. Как видно по шкале, точка равна около 0,05 мм.

[abris]

А какая связь между ФНА и лазерным гравером? Может быть вы просто не знаете о том, что на ФНА используются красные (а не инфракрасные) He-Ne лазеры с длинной волны 632,8 нм, что почти в 17 раз короче чем в ИК CO2 лазерах. Соответственно, и такие параметры, как размер точки (разрешающая способность) и возможные к воспроизведению линиатуры растра примерно во столько же раз лучше у ФНА чем у CO2 гравера.
Что же касается непосредственно ФНА Scitex, то у Dolev 250, к примеру, заявленный минимальный размер точки 17 мкм, что соответствует реальному физическому разрешению около 1500 dpi и, следовательно, линиатуре 150 lpi с "нормальным растром", у которого "честно" отображаются все градации от 1% до 99% с шагом в 1%. А вот заявленные 450 lpi, что называется, уже "притянуты за уши", т.к. производителям всей печатной техники известна особенность человеческого зрения слабо отличать небольшие провалы яркости в градиентах (можно сравнить с грубыми переходами оттенков в сильно "зажатом" JPG). Эти самые 450 lpi получают за счет трехкратного сокращения возможного количества градаций серой шкалы в каждом из воспроизводимых цветов. При линиатуре 450 lpi на пленке не будет растра с плотностью 1 или 2 процента, будет только 3%, потом 6%, 9% и далее, потому что минимальный размер сфокусированной точки лазера при такой линиатуре будет равен размеру пространства на пленке отводимой примерно под 3% процента плотности растра. Две такие лазерные точки размещенные рядом дадут значение плотности растра порядка 6% и т.д.

[Фрезеровщиk]

Я то знаю разницу, потому как работаю на обоих станках. ФНА долев перебрал до винтика в прошлом году, собрав из двух старых один «новый». 
СО лазер оплавляет вокруг луча материал, поэтому получить линеатуру, о который вы мечтаете, сомнительно. А фото линеатуры на пленке рассмотреть реально. Вот я вам её и показываю, через микроскоп. 

[abris]

И, чтобы не уходить от изначальной темы в дебри ФНА и полиграфии, как все же с помощью CO2 лазера владельцы Trotec и Mercury на  12 ваттных лампах изображают в резине растр с линиатурой 200 lpi, как того требует ГОСТ для гербовых печатей?)

[abris]

...
СО лазер оплавляет вокруг луча материал, поэтому получить линеатуру, о который вы мечтаете, сомнительно...

Т.е. другие типы лазеров в режиме гравировки/резки не оплавляют вокруг луча материал?) По этому на них такую линиатуру получить можно? Или её в принципе невозможно получить гравируя лазером резину? Или не резину? И для кого/чего тогда сделан ГОСТ на гербовые печати? Или жесткие требования ГОСТ, как и любых других законов у нас, смягчаются необязательностью их соблюдения?)) 

А что касается фотографий линиатур, так я вроде бы и не говорил о том, что их невозможно рассмотреть на пленке. "Честную" линиатуру в 150 lpi для Dolev с его 1500 dpi можно видеть на пленке с шагом в 1%, как и должно быть.
А вот рассмотреть точку в 1% или 2% плотности растра на линиатуре 450 lpi этого же ФНА уже не получиться, потому что её там по определению быть не может...

[Фрезеровщиk]

Честные гербовые печати, у нас в типографии делались не лазером. Это оборудование было продано, специализированной компании, работающей с печатями. 

[abris]

Опять оффтоп конечно, но что это за чудо "не лазерное оборудование", если не секрет?) Просто в свою бытность, лет 20 назад, тоже был период, когда занимался печатями. Делали мы их тогда по фотополимерной технологии, но негативы выводили на ФНА ECRM (можно сказать брат Scitex). Когда появился ГОСТ, пытались воспроизвести этот растр в 200 lpi в полимере (с выводом такой линиатуры на пленку негатива, понятное дело, с помощью ФНА, проблем не было). Ничего тогда из этого не получилось. Даже убирали так называемый прозрачный субстрат, отделяющий негатив от полимера, и укладывали негатив эмульсией непосредственно на полимер, дабы избежать паразитного рассеивания света в самом субстрате, но результат был отрицательный. Пробовали 100500 режимов засветки полимера и % заполнения растра в негативе. Растровое поле в полимере представляло собой, в итоге, либо сплошной монолит, либо растровые точки не держались за основу. 

[Фрезеровщиk]

Вот статья про нас, от 2003 года. До сих пор в интернете висит. 

[abris]

Замечательно, но в заметке нет ни слова об используемом для этого оборудовании)

[abris]

                                                          1,27λM²f     +     kD³
ϕSpot Size=ϕDiffraction+ϕAberration=      D                 f²                                                                                                                                                   

  Вот нашел, наконец-то, полную формулу расчета диаметра точки фокусировки. Являет собой сумму дифракционных и аберрационных искажений.

λ - длина волны лазера
М2 - можно опустить за незначительностью (для маломощных  СО2 близко к единице)
f - фокусное расстояние линзы
D - диаметр падающего на линзу луча
k - коэффициент преломления волны в линзе

В итоге всё оказалось совсем не так, как предполагалось, либо... "всё врут календари"))
Увеличение коэффициента преломления материала линзы должно приводить к увеличению аберрационных искажений, но никак не уменьшать их.

Так что тему можно считать закрытой.