Размер спотов: Выбор точечных светильников (спотов) для дома

Содержание

Выбор точечных светильников (спотов) для дома

Точечные светильники (споты) отлично вписываются в любой интерьер. Они подойдут к любому типу потолка (подвесные, натяжные, реечные, комбинированные). Грамотное расположение спотов способно изменить до неузнаваемости дизайн любого интерьера. Продажи точечных светильников регулярно занимают лидирующие позиции на рынке светотехники. Главная особенность спотов — возможность их регулировки, что дает возможность направленного освещения отдельной части комнаты.

Какие размеры у спотов?

Споты — небольшие светильники, обычно их размер достигает 10-15 см в диаметре, а для установки встраиваемых моделей требуется 7-10 см межпотолочного пространства.

Сколько нужно спотов?

Чтобы обеспечить правильное освещение пространства, точечные светильники необходимо располагать на расстоянии не ближе 60 см от стен и не реже 1 м друг от друга. Используя эти данные и зная площадь комнаты, несложно рассчитать необходимое количество спотов.

Какие споты выбрать?

Споты делятся на несколько разновидностей: встраиваемые, накладные, комбинированные. Встраиваемые модели обычно выбирают, если требуется обеспечить освещение небольшой комнаты, или отдельной функциональной зоны. Они поддерживают небольшое изменение направления освещения и регулировку равномерности света. Этот тип светильников легко устанавливается в подвесные и натяжные потолки. Накладные светильники отличаются тем, что их легко смонтировать на любом типе поверхности. Внешне они напоминают настенные бра и не требуют никаких дополнительных отверстий в потолке. Комбинированные модели обычно выглядят сложнее и напоминают люстры. Они могут содержать несколько источников света и освещать достаточно большое пространство. Эти светильники могут быть исполнены на основании любой формы: круглое, прямоугольное, плоское, рейлинг.

Сколько стоят споты?

Цены на самые простые модели точечных светильников в интернет-магазине «Электра» начинаются от 60р. У нас представлен очень широкий ассортимент спотов от простых бюджетных моделей, и до самых качественных элитных.

типы и виды устройств, описание и характеристика, как подобрать размеры спотов по разновидности потолков и какой диаметр отверстия лучше подойдет

Виды точечных светильников, их предназначение для ПВХ потолков и ГКЛ конструкций. Правильный монтаж с учетом всех требований и правил. Соблюдение расстояний и мощности применяемых ламп.

Для освещения комнаты используют такие осветительные приборы, как люстра, бра, точечные светильники. Все они имеют свои преимущества, недостатки, особенности подключения и фиксации.

Точечные светильники потолочные разделены на типы, для которых подбирают определенные виды ламп. По способу монтажа они также различны. Дизайнерские решения основаны на применении этих источников света для определенных целей.

Описание

Точечные осветительные приборы используют везде:

в квартирах для освещения спальни, кухни, ванны, балкона;
в частном доме или на даче для освещения не только жилого помещения, но и чердачного, погреба, гаража;
в офисах, больницах, школах, детских садах;
в магазинах и так далее.

Это встроенные осветительные приборы, которые монтируют в потолок (гипсокартон, пластик, натяжной), в стены, на полу. Это не только основной свет, но и дополнительный, который играет роль ночника или же источника света для работы, выполнения домашнего задания.

Точечными светильниками разделяют большое помещение на некоторые зоны отдыха, работы за компьютером или подсвечивают важные детали интерьера.

Нередко эти споты являются дополнением люстры или напольных светильников. Они имеют разную форму как квадрата, таки и круга или дизайнерское художественное оформление. Их прячут в поверхности или же выставляют для наилучшего освещения и подчеркивания особенного дизайна.

Особенности устройства

Споты имеют особенности, отличающие их от иных источников света.

Они равномерно распределяют световые лучи в определенной зоне помещения.
Большой выбор среди видов, материала изготовления, цветовых решений.
Большинство приборов энергосберегающие.
Есть возможность разделить комнату на участки для чаепития и просмотра телевизора. При этом маскируются недостатки интерьера.
Легко подключаются. Для этого необязательно вызывать опытного электрика.

Завышенная стоимость оправдана эксклюзивностью вида, энергосбережением, долговечностью.

Достоинства и недостатки

Как и все осветительные приборы споты имеют свои плюсы и минусы:

Возможность сделать акцент на конкретном предмете или отдельной части комнаты.
Равномерная освещенность. Нет темных зон.
Срок эксплуатации больше, чем у обычного осветительного прибора.

В точечные светильники можно вставлять различные типы ламп.
Большой выбор по внешнему виду.
Энергосберегающие.
Устойчивые к механическим повреждениям. Не бьются.
Нет слепящего эффекта, мерцания, шума.

Недостатки:

Есть некоторые сложности в проектировании освещения. Требуется четкий расчет.
Для некоторых приборов необходим трансформатор.
При неисправности нужно менять на такой же.
Если встроено много приборов, за ними необходим уход, требующий время.
Для большого помещения нужно большое количество светильников.

Несмотря на недостатки, точечные светильники популярны среди покупателей. Их монтируют как дополнительное освещение, так и основное.

Характеристики

Есть виды спотов, которые отличаются своими характеристиками. При выборе осветительного прибора обращают внимание на мощность, размеры, уровень защиты.

Светодиодные споты имеют мощность 9-18 Ватт. Цветовая палитра у них холодная (белый) или теплая (желтый). При использовании энергосберегающих ламп нужно учитывать поверхность, в которую монтируют светильник – натяжное полотно или же гипсокартонная конструкция.

Степень защиты важна, когда спот выбирают для влажных помещений (ванная комната), а также для мансарды, подвала, мансарды, гаража.

Важны также показатели поворотная или навесная конструкция. Это нужно при направлении света на определенный предмет.

Мощность

Точечные осветительные приборы работают с трансформатором и без него. Если с преобразователем электроэнергии, тогда максимальный показатель 24 В. Если же напрямую от сети – 220 В.

Споты с преобразователями более безопасные. Их монтируют в детской комнате, во влажных помещениях. А также только их монтируют в натяжные потолки, потому что полотно не выдерживает высокой температуры. Так максимальный показатель достигает 60 В.

Размеры

Точечные приборы имеют различные размеры. Перед тем как выбрать светильник нужно ознакомиться с его размерами.

LED Lightwell LUX TM. Мощностью 4 Вт, 50х57 мм.
60 SMD Glass Covered – 4.5 Вт, светодиод, 50х56 мм.
COB TM — 6 ВтGU10 COB – светодиод, 50х58 мм.
COBXTRATM— 7 Вт, 50х58 мм.

Есть иные приборы имеющие свои размеры. Одни предназначены для натяжного потолка, другие для ГКЛ-конструкций и пластика.

Высота

У разных типов светильников различная высота патрона. Это зависит от того, куда будут монтировать светильник. От типа патрона зависит, какая лампа вставляется. Есть патроны:

Е 27 – стандартный патрон для лампы накаливания;
Е 14 – миньоны, имеющие небольшие размеры;
G4, G5, G9 – лампочки со штырями, имеющие малые габариты.

В зависимости от потолочного покрытия применяют различные светильники.

Виды ламп

В точечные светильники вставляются различные лампы. Они отличны по мощности, по цвету, по размерам, по принципу действия.

Лампы накаливания – обычная лампа. При работе она сильно нагревается, поэтому в светильники на натяжных потолках их вкручивать нельзя, применяют лампы с зеркальным покрытием в накладных спотах на деревянных, гипсокартонных потолках.

Люминисцентные – внутри ртуть и 2 электрода. Применяют на натяжных потолках. Они долговечные, с низкой теплоотдачей. Для такой лампы должно быть пространство 12 см.

Галогенные – с низкой теплоотдачей, энергосберегающие. При вкручивании лампы нужно надевать перчатки.

Светодиоды – энергосберегающие, не греются. Для установки нужен диммер. Их собирают в пучки, ленты и другие группы. Срок годности десятилетия. Недостаток – стоимость.

Лампы накаливания

Лампа имеет внутри стеклянной колбы спираль. Ею пользуются с давних времен. Достоинства:

низкая стоимость;
есть разные размеры;
в некоторых случаях необходимо тепло от этой лампы.

Недостатки:

слепят – яркие;
малый срок годности;
быстро перегорают и взрываются при скачках электроэнергии;
греются.

Основной минус – низкая светоотдача.

Люминесцентные

Лампа, содержащая газ. Их применяют для основного освещения комнаты. Срок годности в 20 раз больше чем у лампы накаливания. Но, если есть постоянные скачки электроэнергии, они быстро портятся. Наиболее распространенной считается ртутная трубка. Плюсы:

имеет большой выбор цвета;
энергосберегающие при большом потоке света;
не греется;
срок службы.

Минусы:

содержание ртути;
при высокой температуре снижается световой поток.
Не работают при низкой температуре.

Эти лампы являются распространенными из-за экономии электроэнергии, срока работы.

Светодиодные

Светодиоды имеют много преимуществ. они представлены в большом цветовом спектре, экономны, не нагреваются и хорошо освещают.

Достоинства:

энергосберегающие;
большой срок работы;
экологичные;
большая светоотдача;
есть возможность ремонта.

Недостатки:

лампы китайского производства некачественные;
высокая цена;
со временем они светят не так ярко;
применение стабилизатора;
холодные цвета приводят к плохому сну.

Китайское производство ламп имеет больше минусов, чем плюсов.

Галогенные

Галогенки имеет ряд достоинств:

экономия электроэнергии;
большая светоотдача;
большой срок работы;
малые размеры;
можно использовать во влажных помещениях.

Недостатки:

высокая температура;
высокая стоимость.

Галогенки – это альтернатива люминесцентным лампам.

Разновидности ламп по потреблению

Дизайнеры рекомендуют использовать энергосберегающие лампы и светодиоды. Они имеют ряд преимуществ, достаточно долго служат, не греются и не слепят. Однако, не для всех комнат можно применить эти источники света.

Если светильник выполнен из прочного качественного метала, тогда можно применить лампу накаливания. Это будет разумно в круглогодовой теплице, где необходимо тепло или в подвале.

220 В

Лампа накаливания. В стеклянной колбе расположена спираль, которая нагревается и дает яркий свет при поступлении тока.

Лампы разделены на типы:

окрашенная, зеркальная, матовая колба;
мощности – 25-150 Вт.

Матовые или окрашенные лампы вставляют в светильники в спальне или отдельной зоне комнаты для декора.

Достоинством является низкая стоимость, легкий монтаж.

Недостаток: греется, быстро выходит из строя.

Энергосберегающие

Галогенные, люминесцентные, светодиодные источники света.

Галогенные лампы применяют как дополнительное освещение одной зоны большой комнаты или же подсветка какого-либо предмета.

Показатели: мощность – 1-20 Вт, светоотдача 15-22 Лм/Вт, срок работы до 4 000 часов.

Если галогенная лампа будет грязной, она быстро выйдет из строя.

Люминесцентные – имеют разные оттенки света. Есть маркировка? в которой буква G-обозначает конструкцию со штырями, Е – резьба.

Характеристики: светоотдача 40-80 Лм/Вт, мощность до 80 Вт. Срок работы до 40000 часов.

LED-источник света. В основе лежит полупроводниковый кристалл. Недостатком является то, что со временем кристалл светит не так ярко.

Характеристики: мощность до 30 Вт, светоотдача 120 Лм/Вт, срок работы до 50000 часов.

Недостаток – высокая цена.

Типы крепления потолочных светильников

Есть разные точечные светильники:

Накладные. Их монтируют в бескаркасные основания, кирпичные покрытия. Состоят из корпуса и крепежной основы. Монтаж проводят таким образом: планку фиксируют в отверстии, сверху прикладывают плафон.
Встраиваемые. Требуется пространство между основанием и перекрытием. Состоит светильник из сплошной конструкции. Плафон фиксируют в отверстии лапками, которые расправляются с тыльной стороны и держат светильник.
Подвесные. От потолка до светильника есть определенное расстояние. Фиксация происходит на декоративный кабель.

Есть также:

Поворотные – монтируя их, необходимо усиливать место фиксации.
Неповоротные – фиксация лапками.
Поворотно-выдвижные – необходимо усиление основания.
Споты – поворотные. На одном креплении расположено несколько приборов.

Перед покупкой необходимо ознакомиться с типом крепления, оно может не подойти к основанию в квартире.

Как выбрать подвесной светильник

Перед тем как выбрать осветительный прибор нужно заранее знать имеет ли основание каркас, есть ли пространство для монтажа прибора. А также руководствоваться правилами:

Должен быть популярный производитель.
Проверить полную комплектацию.
Подобрать правильный кабель с нужным сечением.
Для встраиваемой модели необходимо рассчитать высоту каркаса.

Для кухни покупают простые модели. Без узоров, рельефных рисунков. Это связано с уходом за ними. Для подвесных потолков выбирают круглые формы.

Стоит также обратить внимание на тональность освещения, холодный свет или теплый тон.

Конструкция патрона. От ее размеров зависит размер и тип лампочки, а также глубина, для которой необходимо пространство.

Расположение на натяжном потолке

Для натяжных полотен есть ряд правил, по которым монтируют приборы. Это исходит из того, что при нагревании полотно деформируется и портится.

Требования:

Глубина посадки – максимальная температура должна быть от лампы 80 0С.
Лампа должна быть не больше 60 Вт, если потолок тканевый и не больше 40 Вт, если ПВХ. Если идет лампа накаливания, на ней должно быть напыление.

Для натяжных полотен больше всего подходят диодные светильники.

Для натяжного полотна используют только неповоротные светильники.

Можно ставить приборы выше уровня, на одном уровне и ниже натянутого полотна. Важен размер крепления: диаметры светильника для полотна 60, 65, 70, 75, 80, 85 мм. нужно четко подбирать крепления прибора.

Выбирая осветительные приборы для потолка с каркасной основой, нужно обращать внимание на ширину, глубину, длину, диаметр и сопоставить с конструкцией потолка.

Выше уровня натяжного потолка

Расположение светильников выше уровня потолка создают гармонию и уют в комнате. Так располагают осветительные приборы в детских комнатах, где на потолке нанесен рисунок и приборы – это дополнение, спальнях. Примером является «звездное небо», встраиваемые светильники. От них на поверхности полотна видно только светлое пятно от лампы.

На одном уровне

Распространенный вариант. Это натяжной потолок с круглыми светильниками, допустим, на кухне, может быть в коридоре или на балконе. Ограничением выступает мощность применяемой лампы до 35 Вт.

Ниже уровня натяжного потолка

Накладные светильники. Они, как правило, выступают не только дополнительным светом, но и основным. Разнообразие форм, цветов, дизайнерских вариантов велико. Светильники подбирают под интерьер.

Правила монтажа

При монтаже светильника нужно придерживаться правил:

Соблюдение техники безопасности. В первую очередь следует проверить нет ли в проводах электротока.
Подготовленное отверстие должно точно соответствовать размерам светильника.
Для надежности соединения проводов используют обжимной пресс.
В одной комнате должны быть одинаковые точечные приборы.
Расстояние от стены до источника света должно быть не более 60 см, а расстояние между светильниками 25-30 см.
Прибор устанавливают в 30-ти см от каркасных составляющих. Это правила пожарной безопасности и легкость монтажа.

Приняв правила во внимание, монтаж приборов не принесет затруднений.

Требования к установке

Монтируя споты нужно учитывать материал натяжного потолка, материал из которого сделан каркас. Если есть возможность возгорания, тогда:

для проводки используют жаропрочные кабели;
все соединения должны быть заизолированы;
учитывать мощность ламп.

Внешний слой провода изготовлен из стекловолокна, внутренняя изоляция – органическая резина.

Замеры и разметка

В зависимости от величины комнаты будет количество светильников.

Первое, необходимо знать высоту каркасной основы. Для галогенных приборов необходимо минимум 60 мм, лампа накаливания 120 мм.

Для равномерного расчета количества приборов на квадратные метры комнаты нужно соблюдать условия:

Мощность каждого источника света не больше 35 Вт.
Сектор светового пучка 300. Для равномерного освещения пучки не должны пересекать друг друга. Высота потолка 2.5 м – минимальное расстояние между приборами 1 м.
Количество приборов определяет узор из них.

При разметке от стены до центра светильника должно быть 60 см.

Учитывая все указанные размеры, можно приступать к разметке.

Диаметр отверстия

Диаметр отверстия на потолке должен в точности совпадать с размером светильника. Сейчас есть от 60 до 85 мм диаметр светильника.

Отверстие делают дрелью с коронкой под дерево необходимого диаметра.

Необходимые материалы и инструменты

Для монтажа нужны инструменты и материалы:

светильники;
провода, выключатель;
клеммы или гильзы;
изолента;
плоскогубцы;
дрель с коронкой для дерева;
метр, карандаш.

Имея под рукой необходимые инструменты и материалы можно приступать к монтажу.

Этапы установки

Установка и подключение может различаться. Это зависит от приоритетов хозяина. Есть возможность подключить все осветительные приборы к одноклавишному выключателю. А можно к двух, трехклавишному, тогда светильники загораются группами. Исходя из этого производят подключение.

Концы кабелей соединяют с 1 из патронов прибора и группируют в пучок. Второй вывод от каждого патрона соединяют перемычкой, кабель от соединений ведут к пучку. Таким же образом соединяют заземление.

Весь пучок кабелей ведут в гофре к распределительной коробке, подсоединяют к общей сети.

В пучке концы кабелей соединяют в один провод фазы, ноль, заземления. Итого получается 3 кабеля. Все провода различны по цвету – это облегчает поиск фазы, ноль, заземления.

Завершение монтажа

Завершением монтажа является вставка корпуса прибора в отверстие. Надо зажать усики, аккуратно вставить их в отверстие и отпустить. Они расправятся с тыльной стороны и будут держать светильник. Каждый светильник необходимо проверить на прочную установку. После этого вставить лампы и подать электроток.

Есть много видов точечных светильников. Они различны не только по внешнему виду, но и по встраиваемым лампам, по типу поворотности, для натяжных потолков применяют одни виды, а для ГКЛ-конструкций другие. При монтаже приборов следует учитывать общепринятые правила, расстояния от стен и между светильниками.

Полезное видео

Ничего не найдено для Feeds

Без рубрики

Специальная одежда позволяет современному человеку эффективно исполнять свои обязательства на рабочем месте, получив высокий

Проводка

Любое помещение рано или поздно начинает требовать капитального ремонта, в т. ч. обновления элементов

Без рубрики

Программы для электриков – это системы автоматизированного проектирования в области электроники и электротехники, используемые

Без рубрики

Сделать современный объект еще более энергетически эффективным не сложно, если воспользоваться для этого услугами

Электрооборудование и безопасность

Когда выходят из строя электроприборы или не работает розетка, необходимо проверить наличие разрывов в

Без рубрики

Знания, как определить «фазу», необходимы для подключения приемников электрического тока. Существуют несколько методов проверки,

Ничего не найдено для Feeds

Без рубрики

Проводка

Любое помещение рано или поздно начинает требовать капитального ремонта, в т. ч. обновления элементов

Без рубрики

Электрооборудование и безопасность

Когда выходят из строя электроприборы или не работает розетка, необходимо проверить наличие разрывов в

Без рубрики

Как выбрать споты: виды, особенности, нюансы

Мы хотим, чтобы в наших домах было светло и уютно. Нам в помощь сегодня множество осветительных приборов самого разного свойства и предназначения. Совсем недавно появились светильники узко направленного света – споты. Что это такое и зачем они нужны – постараемся рассказать в этой статье.

Что такое споты и зачем они нужны

В переводе с английского «spot» означает «пятно». Споты определяются как источники направленного света для освещения конкретной зоны. Они прекрасно справляются с расстановкой световых акцентов, с помощью спотов можно эффектно разбить помещение на зоны. Доминирующее свойство этих ламп – локальное точечное освещение. В производственных помещениях и офисах они давно уже завоевали себе достойное место. Но их активно используют и в жилых помещениях. Речь пойдет как раз об использовании спотов в быту.

О достоинствах и недостатках спотов

Наверное, стоит сначала рассказать, какими достоинствами и недостатками они обладают. Причины быстро растущей популярности спотов лежат в их несомненных преимуществах, а именно:

Удобство – споты позволяют направить свет туда, куда вам нужно, не перенося светильник, просто повернув его в нужную сторону.
Компактность – маленькие размеры светильников позволяют экономить массу пространства. Находка для небольших помещений.
Визуально увеличивают пространство с помощью правильно направленного светового потока.
Конструкция спотов рассчитана таким образом, чтобы света было достаточно, но он не слепил глаза
Экономичность – в таких светильниках используются галогенные или светодиодные лампы, которые потребляют мало электроэнергии.
Универсальность – они прекрасно впишутся в любой интерьер, надо лишь правильно выбрать тип крепления, об этом речь впереди.
Долговечность – эти светильники благодаря используемым лампам и прочности деталей прослужат вам долго
Простота монтажа – установка слотов не требует прокладки специальных штробов

Споты можно установить в любом месте, как диктует вам необходимость и дизайнерская задумка. Их можно укрепить даже на мебели.

Если говорить о недостатках, то надо иметь ввиду:

Споты не подходят для общего освещения. Ровно осветить пространство с их помощью не получится, даже если вы соедините несколько спотов в пучок, свет будет падать пятнами
Споты стоят дороже классических светильников, и это важный минус для использования их в быту.
Галогеновые лампы, которые используются в спотах, конечно, долговечные, экономичные и яркие, но они очень чутко реагируют на перепады напряжения и сами могут существенно нагреваться. Надежнее в этом плане светодиодная.

Недостатков, как видите, не очень много, существенно меньше, чем достоинств. А значит, ничто не мешает нам приобрести споты для домашнего освещения.

Разновидности спотов

Споты различаются по виду и по типу крепления. По виду они бывают:

встраиваемые – такие устанавливаются в подвесной потолок;
накладные – крепятся на специальном кронштейне;
комбинированные – сочетают в себе несколько источников света, они чем-то напоминают люстру.

По виду установки могут быть потолочными и настенными.

По типу крепления:

На штанге – классический вариант. Споты на штанге можно разместить в любом месте. Лампы поворачиваются в любую сторону, создавая нужные акценты. Дизайнеры и декораторы очень любят этот вариант.
На кронштейне – очень популярный вид крепления, также позволяет свободно менять угол светового потока. С помощью кронштейна можно регулировать высоту спота, расстояние от лампы до потолка.

Натяжные споты – крепятся на гибких тросах. Там можно не только регулировать угол наклона лампы, но и сами споты передвигать в нужном направлении.

Выбирайте тип крепления в зависимости от размеров и общего стиля помещения.

Споты могут излучать и холодный, и теплый свет, в зависимости от места применения, стиля и требуемой мощности. Цвет может быть белым, голубым и желтым. Можно использовать разные лампы, от дешевых до дорогих. Лампы накаливания в спотах использовать можно, но нежелательно: во-первых, они нагреваются и нагревают крепления и фурнитуру, что не безопасно; во-вторых, создать четкий акцент не получится, свет будет размытым; наконец, в-третьих они довольно быстро выходят из строя. К тому же они существенно искажают цвет, что важно, если вам надо подсветить картину или создать цветовой акцент. Поэтому «лампочка Ильича» в спотах практически не используется, там чаще можно встретить галогенные, энергосберегающие или светодиодные. В защиту ламп накаливания скажем, что их свет наиболее экологичен и комфортен для зрения, что позволяет им успешно конкурировать с более современными собратьями.

Галогенные споты имеют вольфрамовую нить, нагревающуюся под воздействием электричества, но благодаря закаченному внутрь инертному газу имеют более длительный срок службы. Лампа может прослужить до пяти лет, при условиях правильной эксплуатации. Поскольку лампа сильно нагревается, к материалам изготовления спота надо подходить с осторожностью, а использовать их в подвесном потолке чревато деформацией и даже возгоранием последнего. Подвесные потолки чувствительны к высоким температурам.

Светодиодные лампы – по многим позициям – вне конкуренции. Они потребляют мало энергии, не нагреваются, компактные и интенсивность освещения можно регулировать с помощью регулятора. Единственный минус – высокая цена. За такое удовольствие придется заплатить весьма существенно. Впрочем, долгий срок службы извиняет и этот недостаток.

Как выбрать и установить споты

Установка спотов никакой сложности не представляет, ее можно выполнить самостоятельно. Необходимо только соблюсти правила безопасности:

провод прячут либо в штукатурке, либо под навесным потолком;
подключают по схеме параллельного соединения;
электрический кабель приобретается с запасом, он должен быть на 25-30 см длиннее необходимой;
тщательно проверяем перед установкой светильников все точки подключения.

При выборе спота следует обратить внимание на его яркость, температуру свечения, возможности поворота, размеры и дизайн. Про лампы мы уже поговорили выше, второй важный параметр – поворотный механизм, именно он является отличительной особенностью спота. У внутренних и внешних спотов он различен.

Размеры светильника – это диаметр, ширина и длина. Для встраиваемых светильников это еще и глубина. Подбирайте светильник по размеру, подходящему для вашей комнаты.

Дизайн – самый интересный показатель. Споты несут не только практическую, но и декоративную нагрузку. И здесь мы вплотную подошли к стилю и характеру помещения, где будет использоваться популярный осветительный прибор.

Где используются споты

Светильники уместны и в спальной, и в гостиной, и на кухне, и в ванной. Об особенностях использования в каждом помещении поговорим несколько подробнее.

Итак, спальня. Здесь не нужен яркий свет. Это место для отдыха, релаксации, с помощью спотов можно подсветить зону в изголовье кровати, туалетный столик, шкаф или комод. Споты активно используются во внутренней подсветке шкафов и тумбочек. Эти светильники способны создать интимную обстановку, так необходимую для этой комнаты. Выбираем споты с регулятором яркости и теплым свечением.

Кухня – не будет преувеличением, если мы скажем, что это главное помещение в доме и центр притяжения всей семьи. Хозяйка готовит еду – споты освещают столешницу и плиту, а все остальное помещение в приятном полумраке. Собралась семья за столом – заработали споты над обеденной зоной. С помощью ярких световых пятен можно создать уютную и теплую атмосферу. Свет может быть холодным или теплым в зависимости от стиля вашей кухни. Вы выделили на кухне уголок для романтических посиделок? Поместите там настенные споты с регуляторами яркости – атмосфера волшебства обеспечена.

Прихожая – прелюдия жилища. Естественного света здесь, как правило, нет, поэтому искусственное приобретает особое значение. Свет должен быть достаточно ярким, чтобы можно было оценить свой внешний вид, поправить макияж, почистить одежду перед выходом на улицу. Встраиваемые потолочные споты – очень популярный вариант, вполне заменяющий традиционные светильники. Необходимо подсветить зеркало, входную дверь и шкаф.

Детская – особая комната. Здесь деликатная подсветка необходима. Кромешная темнота может испугать малыша. Спот, который создаст полумрак, успешно решит эту проблему. Ребенок будет спокойно спать и легко найдет дверь, если встанет ночью. Зону для игр тоже можно эффектно и интересно подсветить с помощью спотов. Выбирайте яркий нетривиальный дизайн.

Гостиная – создайте с помощью спотов там несколько зон для чтения, для просмотра телевизора, для беседы с друзьями и домочадцами. Подсветите диван, кресло возле книжного шкафа, сам книжный шкаф.

Рабочий кабинет. Если вы таким обладаете, то освещение в нем должно быть очень продуманным. Вместо люстры можно использовать потолочные споты, которые позволяют регулировать яркость. Конечно, надо осветить рабочий стол. Можно использовать настенные споты или споты-клипсы, заменив ими настольную лампу. Если в кабинете вы храните семейные реликвии, коллекции или предметы антиквариата, то именно споты помогут вам эффектно их преподнести.

Ванная – здесь яркий холодный свет уместнее всего. Комбинированные споты на потолке сыграют роль общего освещения, подсветим также зону зеркала и умывальник.

Споты в интерьере

Наконец, о стилях. Споты хороши своей универсальностью, они впишутся в любой интерьер, дело за дизайном и материалом изготовления. Например, в классическом стиле выбираем модели с округлыми линиями из материалов, имитирующих платину, серебро или золото.

Стиль лофт – это стекло или металл, светильники имеют прямоугольную или квадратную форму, так же, как и хай-тек. Споты в стиле кантри чаще всего на штанге, имеют изогнутую форму, колпак или абажур из натуральных материалов. Очень гармонично выглядят споты в стиле минимализм. И лучше всего в данном случае встроенные или врезные светильники.

Для создания комфортного освещения споты необходимо правильно расположить. Требуется четко все рассчитать еще на стадии ремонта: расстояние между светильниками, их расположение, мощность ламп. Помните о том, что точечное освещение может как добавить оригинальности и креатива в интерьер, внести в него интересную изюминку, так и уничтожить все очарование обстановки, если будут светить не там и не так.

Как выбрать и использовать споты

Развивающаяся индустрия света предлагает все более оригинальные и практичные модели светильников для использования в квартирах, домах и офисах. Однако огромное разнообразие часто сбивает с толку при выборе оптимального варианта. Потому необходимо предварительно понять особенности, разновидности и принципы выбора каждого типа светильников. В данной статье речь пойдет о спотах – сравнительно новом виде направленных осветительных приборов.

Содержание

Что такое споты и для чего они нужны
Разновидности спотов
Преимущества и недостатки спотов
Выбираем споты для своего дома
1. Крепление
2. Лампочки
3. Стиль
Полезные советы

Что такое споты и для чего они нужны

Само название происходит от английского слова «spot» («пятно»). Определение справедливое, поскольку споты обеспечивают направленное освещение, образуя в нужном месте пятно света. Это очень удобно при расстановке акцентов в интерьере. С технической точки зрения светильники представляют собой конструкцию из одного или нескольких отражателей, монтируемых на поворотном креплении.

Сфера применения спотов – зональное освещение и создание оригинальной подсветки. Направление светового потока можно менять благодаря крепежным кронштейнам. Из-за этой их особенности вы легко сможете сменить визуальную обстановку в комнате, обратив внимание на те или иные особенности интерьерной композиции.

Споты также будут уместны в обстановке кабинета и кухни: здесь они создадут хорошее освещение в области рабочих зон, не затрагивая остальное пространство. Возможности использования подобного освещения велики и позволят вам сделать свой дом оригинальным и в то же время практичным.

Разновидности спотов

Основная классификация этих светильников производится по конструктивным особенностям, в частности по типу используемого крепления. Если не брать во внимание уникальные авторские вариации, рынок света предлагает слеюущие основные типы спотов:

Настенные. Монтируемые на вертикальной поверхности, эти светильники могут использоваться для декоративной подсветки картин и полок. Установите настенные споты над рабочим столом, и они эффективно заменят настольную лампу, не занимая ни сантиметра свободного пространства. Также часто используются в качестве ночников – достаточно правильно подобрать мощность. Могут монтироваться на кронштейн по принципу бра или же внакладку: корпус светильника прилегает к стене.
Потолочные споты могут дополнить центральное освещение или стать его практичной заменой, вытеснив люстры и обычные потолочные светильники. Их плюс в том, что вы в любой момент можете сменить направление отражателя, совершенно иначе расставив акценты и подсветив зону отдыха или же рабочее пространство. Удобны такие модели и своими малыми габаритами – при низких потолках споты помогут вам сэкономить пространство.
Одиночные и комбинированные модели. Существуют споты на один или несколько отражателей. При этом первые являются эффективным источником точечного освещения, вторые же вполне могут использоваться по аналогии с люстрами, поскольку имеют несколько отражателей, обеспечивающих полноценную подсветку большого пространства. Возможность смены направления при этом сохраняется.
Встраиваемые. Монтаж данного типа спотов производится так же, как и точечных светильников – прямо в поверхность потолка. Крепление производят на вставных пружинах. Отличие от простых точек в том, что отражатель можно поворачивать по желанию. Используя разные стекла в таких светильниках, вы обеспечите комнате требуемое освещение: равномерное и мягкое при матовом стекле, направленное и точное при прозрачном стекле с направленным отражателем. При этом приборы занимают минимум места, практически не выпирая из поверхности натяжного или подвесного потолка.
На кронштейне. Наиболее популярное крепление для спотов, обеспечивающее полную свободу смены угла светового потока. Существуют модели с одним и несколькими отражателями. Крепление позволяет выдержать некоторое расстояние от лампы до потолочной поверхности, что в свою очередь открывает больше возможностей для комнат с низкими потолками.
На штанге. Второй по популярности тип монтажа спотов. В таком варианте конструкция содержит несколько отражателей, объединенных в одну линию: ровную или изогнутую. Отдельные модели выполняют на гибкой штанге, которой вы можете придать любую форму при монтаже. Общее крепление позволяет использовать такие светильники для необычной подсветки стен или ниш. Также они прекрасно справляются с центральным освещением небольших комнат или офисных помещений. Монтировать можно как на потолок, так и на стену, создавая оригинальные световые композиции.

Эти типы светильников применяются повседневно в самых различных помещениях жилого и общественного назначения. Однако в чем же их преимущество перед привычными источниками света?

Преимущества и недостатки спотов

Как и любой прибор, данные светильники имеют ряд своих преимуществ и недостатков. Разберем подробнее:

Преимущества

Практичность и удобство. Конструкция спотов дает вам возможность в любой момент сменить световые акценты в комнате без переустановки источников света. При этом освещенность сохраняется на достаточном уровне.
Небольшие размеры. Споты компактны, а потому позволят сохранить много свободного пространства комнаты.
Экономичность. В таком освещении чаще всего используются галогеновые и светодиодные лампочки, потребление электроэнергии у которых почти в 10 раз меньше, чем у классических ламп накаливания. Это позволяет вам оставлять подсветку постоянно включенной, не переживая за высокие счета.
Долговечность. Конструкция светильников состоит из прочных деталей, а применяемые лампы надежны и помогут вам надолго забыть о замене источника света.
Прекрасное декоративное решение. Используя споты, вы с легкостью сможете расставить любые световые акценты, подчеркивая особенности интерьера и скрывая недостатки. Композиции из нескольких светильников вполне могут стать отдельной изюминкой обстановки. Кроме того в разное время суток вы по необходимости можете подсвечивать только отдельные зоны комнаты, оставляя остальное пространство в приятном полумраке. Выгодное решение для подсветки ниш, картин, витрин.
Низкая температура нагрева. При работе светодиодные споты излучают совсем немного тепла, что часто является решающим фактором при монтаже в натяжные потолки, чувствительные к перегреву.
Простота монтажа. Произвести установку спотов не сложнее (а то и намного проще), чем установку обычного потолочного светильника – с этим справится практически любой.

Недостатки

Направленность освещения. Неоднозначное свойство спотов, которое не всегда позволяет использовать их для полноценного ровного освещения комнаты. При недостаточно тщательном подборе светильников подсветка будет распределяться пятнами.
Галогеновые лампы. Являясь достаточно экономичными, эти источники света также очень чувствительны к перепадам напряжения и быстро выходят из строя. Решается заменой галогеновой лампы на светодиодную.
Высокая стоимость. Для полноценной подсветки просторных помещений придется использовать сразу несколько светильников, что выльется в дополнительные траты.

Выбираем споты для своего дома

Подбор спотов для дома базируется на нескольких параметрах – типе крепления, используемым лампам и стилю исполнения светильника.

Крепление

Данный момент зависит от типа потолка и стен вашего дома. В случае с натяжными и подвесными потолками лучшим решением станут встраиваемые споты. Современный рынок предлагает множество таких моделей на любой вкус: полностью скрывающиеся в поверхности потолка, с плафонами; лаконичные и броские. Если же потолки и стены с обычной отделкой, правильнее будет остановиться на накладных моделях.

Лампочки

При выборе лампочек необходимо обращать внимание на несущую поверхность и назначение светильника. Натяжные потолки очень плохо переносят высокие температуры, потому галогеновые и лампы накаливания лучше исключить, остановившись на светодиодных.

От назначения спота зависит мощность и цвет светового потока. Для спален, например, подойдет желтое освещение средней мощности, ванная же нуждается в ярком и ровном белом свете. Существуют специальные системы расчета необходимой мощности освещения для комнат, однако главное помнить – свет в жилых комнатах не должен резать глаза или быть слишком тусклым. Также должны отсутствовать резкие перепады: даже интерьерные акценты осуществляются с плавным переходом. С этим прекрасно справляются светодиодные споты.

Стиль

Подбирая подходящие по стилю комнаты светильники, стоит помнить простое разделение по цветам и формам:

фото, схемы, лучшие варианты как их можно разместить

Сегодня мы рассмотрим все возможные тонкости, связанные с этим вопросом, а также дадим вам наглядные схемы расположения, подкреплённые реальными фото в интерьере.

Особенности подбора светильников для натяжных потолков

Натяжные потолки бывают разные, светильники – тоже. Самый ключевой момент в подборе спотов для натяжного потолка – вовсе не их внешняя привлекательность и размер, а мощность. От неё и следует «плясать», так как велика вероятность порчи покрытия посредством жара.

А ремонту оплавленный натяжной потолок не подлежит, сами понимаете. Так что, будьте внимательны в этом моменте, чтобы потом не было мучительно больно.

Какие натяжные потолки бывают: плёночные (ПВХ) и тканевые. При этом, что один, что другой вариант не терпят сильного нагрева, но тканевый немного более устойчив. Кроме того, в случае, если сильно разогревать плёночный потолок, помимо быстрой порчи, вы будете ежедневно получать порцию паров формальдегида в воздух, так как он высвобождается при температуре более 70 градусов.

Итак, какая тогда оптимально возможная мощность должна быть у точечных светильников?

Для тканевых потолков:

Галогенки – до 35 Вт
Лампы накаливания – до 60 Вт

Для плёночных потолков:

Галогенки – до 20 Вт
Лампы накаливания – до 40 Вт

Также есть ещё один замечательный вариант – светодиодные лампы. Их стоимость чуть больше вышеназванных, зато:

служат куда дольше;
оплавить потолок не могут ну никак;
так как, почти совсем не выделяют тепло.

Но тут тоже есть один небольшой момент: чтобы эти лампы «запустить», необходимо подсоединить их к специальному адаптеру, который не просто греется, а буквально «горит». Поэтому, ни в коем случае не располагайте этот прибор на самом потолке, под плёнкой!

Лучше разместить его где-то на стене, в углу, за шторой. Это для вас будет даже удобней, так как, адаптеры периодически нуждаются в ремонте, а разбирать для этой цели натяжной потолок – забава не для слабонервных, мягко говоря.

Помимо этого, нам добавить больше нечего. Вы вольны выбирать совершенно любой дизайн и размер спотов, опираясь исключительно на свой вкус и кошелёк.

Расчёт нужного количества светильников

Чтобы стены по вечерам не казались мрачными, а комната неуютной, освещения должно быть достаточно. Стоит сэкономить на каком-то десятке спотов и всё, внешний вид помещения теряет свою свежесть в вечернее время.

Мало того, что светильников должно быть достаточно, так их ещё и сгруппировать надо правильно. Оптимальное решение – расположение группы светильников над «рабочими зонами» помещения. То есть, если речь идёт о кухне – основное количество размещаем над обеденным и рабочим столом, если о спальне – группируем у шкафа, туалетного столика и кровати и т.д, в зависимости от типа помещения и его обстановки.

Насчёт нужного количества люменов, тут всё предельно просто:

На 1 квадратный метр достаточно 20Вт, всего лишь.

То есть, если вы взяли точечный светильник мощностью 35 Вт, то можете смело увеличивать охват в полтора раза. То есть, 35Вт вполне хватит на 1.5 метра потолочной площади.

Из этого следует простая математика. Берёте общую кубатуру потолка и делите её на 20 (35Вт). Если потолок у вас 10 метров квадратных, то вам понадобиться 10 светильников по 20 Вт или 6-7 светильников по 35Вт.

Учтите, что речь идёт о светопотоке из исключительно точечных спотов. Если у вас имеется люстра или иной источник света, то количество можно смело делить на три, располагая их больше для красоты, нежели с функциональной целью.

Основные правила размещения точечных светильников

Правило тут одно – не располагать светильники ближе, чем на 15 см к шву натяжного потолка. Потому как, если поступить иначе, велик риск порчи натяжного покрытия во время монтажа.

В остальном же – полная свобода действий, но, если вы хотите соблюсти хоть какую –то геометрию, то имеет смысл придерживаться правила номер два – не располагать светильники ближе, чем на 20 сантиметров друг к другу.

А, если точное расстояние – не ваш случай и вы хотите изобразить беспорядочный хаос на потолке, тогда полагайтесь исключительно на свой вкус.

И всё же, прежде чем наделать в натяжном потолке дырок, лучше аккуратно набросать на самом покрытии круги мелом, на месте предполагаемых точек. Так видно куда лучше, чем рисовать на бумаге. На картинке всегда одно, а в реальности – всё выглядит совсем не так, а дырку-то уже не залатаешь!

Лучше потратьте лишние полчаса, нарисуйте всё и внимательно посмотрите на то, что выходит. Как правило, после такого наброска мигом пропадает желание экспериментировать с асимметрией.

Аналоги точечных светильников

Помимо точечного освещения есть ещё кое-что, даже получше. Это длинные светодиодные лампочки, которые можно располагать прям под плёнкой натяжного потолка.

Эффект от такой подсветки выходит просто потрясающий и при грамотном распределении световых лучей, создаётся ощущение, что вы находитесь не в комнате, а в трюме какого-то космического корабля.

Смелое решение, но довольно интересное и вполне бюджетное.

Сочетание светильников с люстрой и другими источниками освещения

На схемах ниже вы увидите варианты расположения светильников, в сочетании с люстрами. Но, прежде чем смотреть на картинки, нам хотелось бы подчеркнуть, что люстра и споты – в принципе, трудно совмещаемая вещь.

Споты выглядят очень современно, а люстры – зачастую классического вида. Поэтому, крепко подумайте, прежде чем оформлять точечной подсветкой гостиную, в которой красуется винтажная, медная люстра. Добрать света в этом случае лучше не с потолка, а с подходящих по стилю бра, расположенных на стене. Если же сама люстра у вас современная, то вас эта поправка не касается.

Интересные схемы расположения спотов

А вот тут вы можете выбрать одну из схем, которая вам «ляжет» на душу. Учитывайте ваш общий дизайн помещения и текстуру натяжного потолка.

Если он у вас глянцевый, то помните, что точечная подсветка даёт довольно неприятные блики и располагать их в зоне, к которой постоянно устремляется взгляд – неразумно. С тканевыми – никаких проблем. Точечная подсветка на них смотрится точно также, как на крашенном потолке.

Точечные светильники в интерьере:

А теперь давайте перейдём к конкретике и на реальных примерах посмотрим, как же их можно расположить. Как мы уже говорили, схематичная картинка очень отличается от реальности, и вы сможете в этом убедиться, рассматривая нашу подборку фото.

Кухни

Обычно, вопрос о том, как расположить светильники на кухне, не является слишком сложным. Помещение это, как правило, небольшое и располагать светильники по периметру или как-то фигурно – нет смысла.

На кухне важна практичность, а значит, нужно просто сделать «удар» люменов над рабочими зонами: столешницей и столом.

Других функциональных мест на кухне и нет. Правда, если она у вас большая, имеющая «остров» и прочие необычные элементы, то обязательно учитывайте их наличие и не оставляйте без освещения. Мрачная кухня – мрачное зрелище.

Ванной

В ванной надо освещать саму ванну, раковину, а остальное уже по желанию. Вообще, ванные комнаты редко бывают особо большие, поэтому, на стандартные 3 — 4 квадрата вполне хватит 5-ти небольших светильников, расположенных по кругу.

Гостиной

Особое внимание надо уделить размещению спотов в зале, так как от этого напрямую зависит стиль и общий вид помещения. Одной точечной подсветкой тут не обойтись, по одной простой причине, что это будет выглядеть скучно.

Лучше сочетать точечное освещение с другими осветительными приборами, при этом, желательно располагать их ярусно, в специальных потолочных нишах, которые надо сделать заранее, на этапе планировки самого потолка.

Очень интересно смотрятся гостиные, в которых зоны выделены и сверху, с помощью перепадов потолка. Например, над диваном – ярус, над обеденным столом – круг со спотами и т.д.

Спальни

Споты в спальне – дело хозяйское. Но, в этом помещении, как ни в каком другом важно помнить о бликах.

Если натяжной потолок глянцевый, то не стоит, вообще, связываться с точечной подсветкой. Для комнаты отдыха блик – вещь агрессивная и раздражающая, которая будет мешать спать.

В этой статье мы рассмотрели всё и даже больше по заданной теме. Надеемся, что после прочтения нашего материала, расположение светильников на натяжном потолке для вас уже совсем не проблема!

Маленький размер пятна — обзор

11.2.1 Связь между суммой Пецваля и астигматизмом

Можно показать ⁶, что при очень малых углах наклона тангенциальный астигматизм, то есть продольное расстояние от поверхности Петцваля до поверхности касательная фокальная линия — в три раза больше соответствующего сагиттального астигматизма. Таким образом, если астигматизм в любой линзе может быть сведен к нулю, две фокальные линии сливаются на поверхности Петцваля. Во всех других случаях геометрическое место касательных фокусов при различных углах наклона называется тангенциальным полем линзы, и аналогично для сагиттального поля.Поскольку поверхность Пецваля в большинстве простых линз изогнута внутрь, часто можно сгладить тангенциальное поле путем преднамеренного введения чрезмерно скорректированного астигматизма, в результате чего сагиттальное изображение оказывается между поверхностью Пецваля и тангенциальным изображением. Однако при конструировании «анастигмата» с плоским полем, свободным от астигматизма, необходимо резко уменьшить сумму Пецваля.

Если необходимо сконструировать линзу с изогнутым внутрь полем, чтобы удовлетворить некоторые требования заказчика, астигматизм можно легко устранить и отрегулировать сумму Пецваля, чтобы получить желаемую кривизну поля.С другой стороны, если поле должно быть изогнутым назад, трудно избежать чрезмерной коррекции астигматизма. Стоит отметить, что в некоторых типах линз, если сумма Петцваля слишком мала, разделение между астигматическими полями становится чрезмерно большим при промежуточных углах поля.

Много десятилетий назад дизайнеры линз учили, что тангенциальное астигматическое поле должно быть сглажено, чтобы получить наименьший размер пятна. ⁷ ^, ⁸ ^, ⁹ Это можно легко понять, рассматривая уравнения.(4-6) и (4-7) и предполагая, что все коэффициенты аберрации равны нулю, за исключением первичного астигматизма ( σ ₃) и Пецваля ( σ ₄). Ошибки сагиттального и тангенциального астигматизма в параксиальной плоскости изображения равны (σ3 + σ4) ρH¯2sinθ и (3σ3 + σ4) ρH¯2cosθ соответственно. Следует рассмотреть три основных случая: плоское сагиттальное поле, плоское тангенциальное поле и одинаково сбалансированные поля вокруг параксиальной плоскости изображения. Для плоского сагиттального поля σ ₃ + σ ₄ = 0 или σ ₃ = — σ ₄, что означает, что остаточный тангенциальный астигматизм в параксиальной плоскости изображения равен 3 σ ₃ + σ ₄ = −2 σ ₄.Когда тангенциальное поле ровное, 3 σ ₃ + σ ₄ = 0, что означает, что σ ₃ = — σ ₄/3, а остаточный сагиттальный астигматизм равен 2. σ ₄/3. Когда ошибки уравновешены, тангенциальный астигматизм равен отрицательному значению сагиттального астигматизма, или σ ₃ = — σ ₄/2.

В случае полей баланса, значения остаточного сагиттального и тангенциального астигматизма кажутся меньше, чем остаточные значения в двух предыдущих случаях.Это может привести к выбору этого условия в качестве оптимального минимального размера пятна ¹⁰; однако такой вывод ошибочен. ¹¹ Обычно дизайнеры линз корректируют астигматические поверхности так, чтобы тангенциальное поле было ровным, а затем корректируют положение плоскости изображения в соответствии с местом наименьшего размытия на краю поля. Четкость изображения относительно однородна по всей области изображения. В случае сбалансированного поля четкость изображения значительно выше в центральной области изображения, чем в случае плоского тангенциального поля, и хуже во внешних частях изображения.¹² Как заявил Б. К. Джонсон: «Следовательно, выбор критерия во многом зависит от требований, для которых будет использоваться объектив».

оптика — Как рассчитать размер пятна лазера, сфокусированного через объектив микроскопа?

«Из основ фотоники» Салеха и Тейха

У нас есть (идеальная) линза с фокусным расстоянием $ f $, и мы посылаем гауссов пучок с перетяжкой $ W_0 $ (диапазон Рэлея $ z_0 $), который является фокусным расстоянием $ z $ перед линзой.{\ frac {1} {2}}} \\ M_r = & \ left | \ frac {f} {z-f} \ right | \\ r = & \ frac {z_0} {z-f} \ end {align}

Эти выражения, на мой взгляд, не очень информативны, но мы можем рассмотреть два предельных случая. Во-первых, $ z-f \ gg z_0 $, который говорит, что фокус луча подобен точечному источнику, а эквипотенциальные линии гауссова луча можно рассматривать как лучи. В этом случае $ r \ ll 1 $, значит, $ M = M_r $, и это фактически обычный результат лучевой оптики для увеличения.

Другой предел, который, возможно, вас больше интересует, — это противоположный случай, когда линза находится в диапазоне Рэлея падающего луча, а диапазон Рэлея длиннее фокусного расстояния, то есть $ z_0 \ gg f , z $.Это то, что мы могли бы назвать «коллимированным» гауссовым лучом, потому что для всего важного пространства, связанного с линзой, гауссов луч сохраняет по существу тот же радиус. В этом случае $ r \ gg 1 $, так что

$ M \ rightarrow \ frac {f} {z_0}

Игнорирование отрицательных знаков приводит к хорошо известной и полезной формуле:

\ begin {align} W_0 ‘= & \ frac {\ lambda f} {\ pi W_0} \\ z ‘= & f \ end {align}

То есть, если у вас есть коллимированный луч талии $ W_0 $, падающий на линзу с фокусным расстоянием $ f $, вы можете легко вычислить результирующую талию, используя формулу, приведенную выше.

Что касается некоторых других ваших вопросов, если ваш луч коллимирован, то формула, которую я дал, будет работать, если вы используете только заданное фокусное расстояние для объектива (обратите внимание, что размер пятна зависит от размера луча, который вы отправляете) . Фокус появится на расстоянии $ f $ от передней фокальной плоскости объектива.

Обратите внимание, что передняя фокальная плоскость не обязательно расположена на самой передней поверхности объектива. Это объясняет разницу между фокусным расстоянием и рабочим расстоянием.
Увеличение объектива — довольно бесполезный параметр, если рассматривать объектив как отдельную оптику. Увеличение определяется следующим образом. Предположим, вы используете объектив для коллимации света от образца. Затем вы помещаете линзу в трубку ниже по потоку от объектива, чтобы перефокусировать свет и создать изображение. Это изображение будет иметь увеличение, определяемое соотношением фокусных расстояний объектива и линзы трубки. Это означает, что увеличение зависит от фокусного расстояния линзы трубки.. Итак, какое фокусное расстояние линзы трубки вы должны использовать? Различные поставщики используют в своих микроскопах обычные трубки разной длины, что позволяет определять увеличение при использовании определенных объективов. См. Https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=10764. Видимо, обычное фокусное расстояние — 200 мм. Поэтому, если ваш объектив имеет фокусное расстояние $ f = 4 мм $, он будет описан как объектив $ 50x $. Конечно, вы можете изменить увеличение, поменяв линзу тубуса. По этой причине (как человек, который чаще строит системы визуализации с нуля, чем использует коммерческие микроскопы) я считаю, что увеличение — довольно глупый параметр для объективов.
Наконец, числовая температура. NA не поможет вам с этой проблемой. На мой взгляд, NA — это тонкое определение цели. Если у вас есть объект на расстоянии $ d $ от цели, имеющей радиус $ R $, вы можете догадаться, что числовое значение определяется как $ NA \ приблизительно \ sin \ left (\ arctan \ left (\ frac {r} {d } \ right) \ right) $. Но тогда числовая апертура будет зависеть от расстояния между объектом и линзой, и вы можете сделать его сколь угодно близким к единице (максимальным в свободном пространстве), перемещая объект все ближе и ближе.Получаете ли вы таким образом лучшее разрешение, увеличивая числовую апертуру? Нет! Это вообще не то, как указывается числовая апертура для оптики. Скорее, вы должны думать о NA не как о максимальном угле сбора для объектива, а как о максимальном неаберрированном угле сбора . Вы всегда можете уменьшить числовую апертуру оптики, установив ограничитель диафрагмы. Когда указана числовая апертура объектива, это означает, что если объектив используется, как указано (имеется в виду, например, с надлежащим рабочим расстоянием), тогда, если вы используете числовую апертуру , соответствующую указанному числовому значению, тогда аберрации будут незначительными, объектив будет быть ограниченным дифракцией.Вы можете уменьшить NA вручную и ухудшить свое разрешение. Если вы можете увеличить числовую апертуру (некоторые объективы могут иметь встроенный ограничитель диафрагмы, чтобы избежать этого), вы не получите увеличения разрешения, потому что вы внесете в систему аберрации из-за попадания луча с очень большими углами, которые трудно пройти через систему визуализации без аберрации.

Размер пятна, качество лазера и характеристики сварки

Влияние размера пятна и качества лазерного луча на производительность сварки при использовании мощных непрерывных твердотельных лазеров

Герт Верхаге и Пол Хилтон, TWI Ltd

Доклад, представленный на ICALEO 2005, 24-м Международном конгрессе по применению лазеров и электрооптики, 31 октября — 4 ноября 2005 г., Майами, Флорида, США.Документ № 511.

Аннотация

Для сварки, резки и обработки поверхностей использование мощных оптоволоконных лучей твердотельных лазеров дает множество преимуществ. Всего 10 лет назад единственным доступным лазерным источником этого типа был Nd: YAG-лазер с ламповой накачкой — лазер со скромным качеством луча. Несмотря на такое скромное качество луча, эти лазерные источники широко используются для сварки, особенно в автомобильной промышленности. Однако сегодня диапазон лазерных лучей непрерывного действия (CW), доставляемых по волокну, значительно увеличился, равно как и доступное качество лазерного луча.Выбор источника лазера для конкретного приложения уже не очевиден. В этой статье рассматривается вопрос о том, как качество лазерного луча лазеров с непрерывной подачей волокна влияет на производительность сварки, путем сравнения серии сварных швов, выполненных на тонких и толстых сечениях алюминия и стали, с использованием постоянной мощности лазера от лазерных источников с разным качеством луча.

Введение

Всего несколько лет назад любому, кто хотел использовать преимущества волоконно-оптической доставки луча от лазерного источника, нужно было учитывать капитальные затраты, эксплуатационные расходы, надежность и способность лазера выполнять требуемый процесс.В то время не нужно было рассматривать тип лазерного источника, поскольку единственным доступным лазерным источником с непрерывной подачей волокна был стержневой Nd: YAG-лазер с ламповой накачкой. Сегодняшний пользователь лазерной энергии с оптоволоконной доставкой должен теперь добавить к приведенному выше списку тип технологии, используемой для генерации лазерного луча. Это связано с быстрым прогрессом, достигнутым за последние несколько лет в создании лазерных источников непрерывного инфракрасного излучения с длинами волн, подходящими для передачи по оптическому волокну.Стержневые Nd: YAG-лазеры с диодной накачкой, Yb-волоконные лазеры и Yb: YAG-лазеры с тонкими дисками сейчас коммерчески доступны с мощностью не менее 4 кВт.

Пользователи лазера

теперь также сталкиваются с дополнительными вопросами качества и яркости лазерного луча, поскольку оригинальные стержневые лазеры CW Nd: YAG с ламповой накачкой могли достигать произведения параметров луча только около 20-25 мм.мрад при 4 кВт, тогда как некоторые из них Упомянутая выше передовая лазерная технология может работать при мощности 4 кВт при минимальных параметрах луча 2 мм.мрад.

Следствием высокого качества лазерного луча, то есть низкого значения произведения параметров луча, является то, что луч может быть сфокусирован в оптическое волокно малого диаметра. На стороне обработки это означает, что фокусирующая оптика заданного диаметра обеспечивает лучшую фокусируемость лазерного луча до минимального диаметра перетяжки луча (размера пятна). Или, для данного размера пятна и фокусирующей оптики данного диаметра, более высокое качество луча даст более высокую яркость (определяемую как отношение плотности мощности в перетяжке луча и телесного угла, образованного фокусирующим конусом луча).Для данного размера пятна более высокое качество луча приведет к большей глубине фокуса в перетяжке луча. Высокое качество луча также позволяет увеличить расстояние между фокусирующей линзой и деталью, что дает практическое преимущество в виде минимизации повреждения оптической системы разбрызгиванием.

Каждая из упомянутых выше передовых лазерных технологий имеет свои преимущества, а в некоторых случаях и недостатки. Целью данной статьи не является комментирование в этой области, а, скорее, исследование возможностей процесса сварки ряда источников непрерывного лазерного излучения с волоконной подачей и систем фокусировки луча с произведениями параметров луча от 23 до 4 мм.мрад в контролируемой серии экспериментов с алюминием и сталью для определения глубины проплавления как функции скорости сварки при постоянной мощности лазера 4 кВт.

Общие сварочные характеристики стержневых лазеров CW Nd: YAG с мощностью детали до 10 кВт были описаны Расселом и Хилтоном. ^[1] Verhaeghe и Hilton ^[2] сообщили о сварочных характеристиках Yb-лазера мощностью 7 кВт, а Weberpals, Russ, Dausinger и Hügel ^[3] сообщили о сварочных характеристиках Yb мощностью 4 кВт: YAG-лазер с тонкими дисками.Hügel ^[4] сообщил о сварочных характеристиках стержневого лазера на Nd: YAG с диодной накачкой. В некоторых работах также сравниваются характеристики различных лазерных источников, например Bartel, Pathe, Roatzsch и Weick ^[5], в которых обсуждается влияние качества луча при сварке с помощью лазеров Nd: YAG и CO ₂ и Ream ^{. [6]}, который сравнил эффективность сварки Nd: YAG, дискового и волоконного лазеров. Verhaeghe и Hilton ^[2] также сравнили результаты волоконного лазера с данными CO ₂ и Nd: YAG.Общей проблемой сравнений в ^[2, ^5] и ^[6], однако, является то, что данные получены за разные (иногда длительные) периоды времени, на немного разных выборках, с разными размерами пятен и в разные полномочия, что в совокупности затрудняет делать краткие выводы. В работе, представленной здесь, все эксперименты проводились на одних и тех же материалах, мощность всех лазеров измерялась одним и тем же измерителем мощности, и оптические системы были выбраны для получения, а также для получения « наименьшего » диаметра пятна, диаметра пятна как близко к 0.4 мм для каждого используемого лазерного источника. Целью данной работы было исследование характеристик источников непрерывного лазерного излучения с волоконной подачей для сварки алюминия и стали, для различных параметров лазерного луча и размеров сфокусированного пятна.

Программа экспериментальных работ

Характеристики лазеров, использованных в этих экспериментах, и их систем доставки пучка приведены в Табл. 1 . Четыре различных лазера с произведением параметров луча от 23 до 4 мм.мрад.

Таблица 1 Характеристики лазеров и систем доставки пучка, использованных в экспериментах

Лазер	Лазер 1		Лазер 2	Лазер 3		Лазер 4
Лазер	Nd: YAG 901 902 Yb: Fib re		Yb: YAG диск
Диаметр выходного волокна (мм)	0.6		0,3	0,1		0,2
Фокусное расстояние коллимирующей линзы (мм)	200		120	120		150	200
Фокусное расстояние фокусирующей линзы (мм)	200	150	160	500	160	280	200
Номинальная ширина тали (мм)	0,60	0,45	0.40	0,42	0,13	0,37	0,20
Измеренная перетяжка балки (86% точек) (мм)	0,61	0,44	0,39	0,40	0,14	0,34	0,20
Продукт параметра луча * (мм.мрад)	23	22	18	4	4	7	7
Рэлеевская длина * (мм)	4.0	2,5	2,1	9,9	1,2	4,0	1,1
Мощность лазера на заготовке	4000	4000	4000	4000	4000	4000	4000
Плотность мощности на перетяжке луча для 4000 Вт (кВт / мм ²)	13,7	26,6	33,8	31,5	264,4	45.1	134,2
Яркость (при 4000 Вт) (10 ⁵ Вт / мм ². Стерадиан)	2,79	3,04	5,96	54,25	46,60	18,01	27,34
* На основе данных о каустике балки

С помощью этих четырех лазеров, семи комбинаций оптоволокна доставки, коллимирующей линзы и фокусирующей линзы, перетяжки луча находились в диапазоне от 0.От 61 до 0,14 мм в диаметре. Кроме того, четыре системы фокусировки луча были сконфигурированы для создания перетяжки луча диаметром около 0,4 мм. В описываемой здесь работе все сварочные испытания проводились с перетяжкой луча, расположенной на поверхности заготовки, однако использованные оптические системы обеспечивали диапазон рэлеевских длин от 9,9 до 1,1 мм.

Для измерения каустики пучка в области фокуса пучка использовались анализаторы лазерного пучка

Promotec и Primes. В одной серии измерений блоки Promotec и Primes использовались для одного и того же лазера с одинаковой оптикой обработки, что выявило лишь небольшие различия в измеренных значениях в пределах ± 3%.Минимальные диаметры перетяжки пучка, произведения параметров пучка и рэлеевские длины, приведенные в Таблице 1 , рассчитаны программным обеспечением анализатора пучка с использованием 86% значений интенсивности.

Во всех случаях использовались плоские покровные стекла для защиты фокусирующей оптики. Во всех экспериментах измеритель мощности Ophir 8000W с заявленной точностью ± 5% использовался для измерения мощности лазера в сфокусированном луче.

Во всех случаях мощность лазера была отрегулирована так, чтобы описанные здесь сварочные испытания проводились с мощностью лазера 4000 Вт на заготовке, хотя некоторые из лазеров, использованных для испытаний, перечисленных в Таблице 1 , могли работать намного выше эта сила.

Испытания проводились на стали S275 марки C-Mn толщиной 5 мм и 10 мм и алюминиевом сплаве 5083-O. Образцы размером 300 мм на 75 мм подвергались механической обработке для получения конусообразного профиля, так что толщина по длине 300 мм непрерывно изменялась от 1 до 5 мм и от 4 до 10 мм для образцов толщиной 5 мм и 10 мм соответственно. Образцы зажимали обработанной стороной вниз. Чтобы устранить различия в теплоотводе, для всех четырех лазеров использовалось одно и то же зажимное приспособление.

Воздушный нож использовался с каждой системой фокусировки луча, чтобы снизить риск дыма, дыма и / или брызг, повреждающих покровное стекло и фокусирующую оптику.Алюминиевая сварочная ванна была защищена с помощью 8 и 5 литров / мин аргона, подаваемого на верхнюю и нижнюю части сварного шва, соответственно. Для стальных сварных швов не использовалась газовая защита.

Циклы плавки были выполнены в плоском (PA) положении при различных скоростях сварки, с использованием фиксированной мощности лазера, при этом лазерный луч был перпендикулярен, а лазерное пятно располагалось на поверхности материала. Были отмечены точки, в которых было потеряно полное проникновение, и в этих точках была измерена толщина сужающегося образца.Среднее значение по крайней мере двух из этих значений толщины для каждого условия скорости сварки было использовано для построения графиков, типичных для тех, что показаны на рис. 1 , связывающих глубину проплавления со скоростью сварки, для каждой из семи систем, перечисленных в таблице 1 .

Результаты и обсуждение

Хотя большинство результатов, обсуждаемых в этой статье, относятся к сварным швам алюминия, аналогичные тенденции наблюдались при плавлении стали C-Mn. Как указано выше, с практической точки зрения сварки продукт параметра нижней балки, т.е.е. Лучшее качество луча означает либо лучшую фокусируемость, либо, для заданного диаметра фокусирующей линзы и размера пятна, более высокую яркость, большее расстояние зазора и глубину резкости.

Влияние размера пятна

На рисунке 1 показана зависимость размера пятна от глубины проникновения в алюминий для различных скоростей сварки, выполненной с использованием лазера с произведением параметров луча 4 мм.мрад. На глубину сварки существенно влияет размер пятна, так как плотность мощности будет увеличиваться для меньших размеров пятна ^[3].

Рис. 1. Зависимость глубины проплавления от скорости сварки при сварке алюминия с использованием лазера с произведением параметров луча 4 мм.мрад, сфокусированных на пятна размером 0,14 и 0,40 мм

На рис. 1 показано, что для получения полного проплавления в алюминиевом сплаве 5083-O толщиной 4 и 6 мм, например, при размере пятна 0,14 мм возможно увеличение скорости сварки примерно на 60% и 21% по сравнению с размером пятна 0,4 мм. С другой стороны, этот график также показывает, что сварка при фиксированных скоростях 5 и 2 м / мин означает 5.Алюминий толщиной 0 и 6,8 мм можно пробить меньшим пятном, по сравнению с 4,3 и 6,4 мм при использовании пятна большего размера. Это увеличение глубины проникновения на 16 и 6% соответственно.

Такой же эффект наблюдался для систем с произведением параметров луча 23 и 7 мм.мрад, где меньший размер пятна улучшал сварочные характеристики, давая улучшение скорости или глубины проплавления. Однако чем меньше размер пятна, тем меньше выигрыш в сварочных характеристиках.Это продемонстрировано на рис. , рис. 2 для лазера с произведением параметров луча 23 мм · рад, где размер пятна был уменьшен с 0,61 до 0,44 мм, то есть на 39% меньше, по сравнению с данными, приведенными на рис. 1 , , где уменьшение размера пятна было почти трехкратным для лазера с произведением параметров луча 4 мм · рад. Это привело к увеличению скорости сварки на 19 и 17% для получения полного проплавления в алюминии толщиной 4 и 6 мм по сравнению с 60 и 21% для результатов, показанных на рис. 1 .Для всех лазеров эти улучшенные сварочные характеристики зависели от скорости, с меньшим увеличением производительности, заметным для малых скоростей / толстых секций.

Рис. 2. Зависимость глубины проплавления от скорости сварки алюминия с использованием лазера с произведением параметров луча 23 мм.мрад, сфокусированных на пятно размером 0,44 и 0,61 мм

Поперечные сечения сварного шва на Рисунке 3, взятые из прогонов валика на пластину, показывают влияние размера пятна на геометрию сварного шва.Оба шва были выполнены с использованием системы с произведением параметров луча 7 мм.мрад и скоростью сварки 15 м / мин, фокусировкой лазера на поверхности материала и использованием мощности 4000 Вт на заготовке. Поперечное сечение слева было сделано с размером пятна 0,34 мм, тогда как поперечное сечение справа было сделано с размером пятна 0,20 мм. Анализ площади обоих поперечных сечений с использованием программного обеспечения AutoCAD не выявил значительной разницы в площади расплавленного металла, то есть менее 2,5%, между двумя размерами пятна.Это будет означать, что эффективность плавления в обоих случаях одинакова.

Рис. 3. Поперечные сечения плавок алюминиевого сплава 5083-O с использованием лазера с произведением параметров луча 7 мм.мрад при скорости сварки 15 м / мин, с использованием мощности лазера 4000 Вт на заготовке и пятне. размером 0,34 мм (слева) и 0,20 мм (справа) на поверхности материала

На рис. 4 показано увеличение глубины проникновения для пятна размером 0,14 мм по сравнению с размером пятна 0.4 мм в зависимости от скорости сварки для системы с произведением параметра луча 4 мм · рад. График показывает, что преимущество перехода к небольшому размеру пятна ограничено менее 10% для скоростей сварки ниже примерно 7,5 м / мин, но резко и, очевидно, линейно возрастает для более высоких скоростей. Это означает, что механизм, определяющий глубину проплавления, значительно изменяется при скорости сварки около 7,5 м / мин.

Рис. 4. Увеличение глубины проплавления алюминия в процентах в зависимости от скорости сварки для размера пятна 0.14 мм относительно размера пятна 0,40 мм при использовании лазера с произведением параметров луча 4 мм · мрад

Существенную зависимость от скорости можно также наблюдать на Рисунке 5, который показывает глубину проплавления, полученную для каждой из семи систем, подробно описанных в Таблице 1 , в зависимости от величины, обратной величине пятна, для трех различных скоростей сварки 1 , 5 и 15 м / мин.

Рис. 5. Глубина проплавления алюминия в зависимости от обратного размера пятна при скорости сварки 1, 5 и 15 м / мин.

До значения 3 мм -1, т.е.е. В соответствии с размерами пятна от 0,3 до 0,61 мм, используемыми здесь в испытаниях, точки данных показывают приблизительное линейное поведение с разными наклонами, соответствующими разным скоростям сварки, как и ожидалось. Интересно то, что выше значений l / размера пятна 3 мм-1 изменения наклона данных становятся очевидными. При минимальной скорости сварки 1 м / мин никакого дополнительного увеличения проплавления не наблюдается для любого размера пятна диаметром менее 0,3 мм.

Это поведение аналогично для скоростей сварки 5 и 15 м / мин, однако на этих скоростях некоторое увеличение глубины проплавления все еще наблюдается выше значения 3 мм ^-1, хотя точка перегиба все еще четкая.Weberpals ^[3] наблюдал аналогичные эффекты при сварке стали и алюминия с помощью твердотельного лазера с тонким диском. В его исследовании пропорциональность сохранялась для диаметров пятна всего 0,20 мм, но ниже этого размера провар фактически уменьшался. Веберпалс указал, что угол расходимости сфокусированного луча может играть в этом роль. Однако в представленной здесь работе, когда глубина проникновения была построена в зависимости от угла расходимости пучка, никакой зависимости не было очевидным.

Greses ^[7] показал, что при лазерной сварке стали Nd: YAG-лазером плазма не образуется над сварочной ванной.Вместо этого можно увидеть энергетический шлейф термически возбужденного пара с типичным спектром черного тела. Оливье ^[8] отметил, что при сварке с использованием мощного Nd: YAG-лазера на скоростях около и ниже 1 м / мин может быть получена дополнительная глубина проплавления, когда этот энергетический шлейф был вытеснен с помощью «тяжелого» газа, такого как аргон. Гелиевое экранирование, используемое в работе, о которой здесь сообщается, не окажет никакого воздействия на этот факел, и поэтому возможно, что тенденции, наблюдаемые на рис. 5 , могут быть связаны с ослаблением падающего лазерного луча генерируемым факелом.Альтернативное объяснение поведения, показанного на рис. 5, , может быть связано с формой и стабильностью лазерной замочной скважины. Однако, если бы это было так, можно было бы ожидать, что эффективность плавления изменится, и различия будут видны в форме проплавления сварного шва, особенно в области точек перегиба на , рис. 5, . Хотя это не очевидно из поперечных сечений, показанных на рис. 3 , дальнейшая оценка в этой области будет предпринята.Чтобы понять это поведение, также рекомендуется более пристальное изучение факела и, возможно, образования плазмы на крайних значениях плотности мощности, а также динамики потока расплавленного металла.

Влияние качества луча

Еще одно полезное сравнение — это исследование глубины проникновения, достигаемой с использованием того же размера пятна, в зависимости от произведения параметров пучка. Как видно из Таблицы 1 , при определенных комбинациях лазера и доступной оптики размеры пятна близки к 0.4мм. На рис. 6 сравниваются характеристики сварки при размере пятна, близком к 0,4 мм, при двух крайних значениях произведения параметров луча, использованных в этой работе, то есть 4 и 23 мм · рад. На рис. 6 показано увеличение глубины проплавления и скорости сварки при использовании системы с произведением параметров луча 4 мм.мрад для всех скоростей выше 1 м / мин.

На основании результатов, представленных на рисунках и и 2 , которые демонстрируют, что характеристики сварки алюминия лишь незначительно улучшаются при небольшом уменьшении размера пятна, повышение производительности, показанное на рис. в произведении параметров луча (с разницей только в 10% в размере пятна между двумя отображаемыми кривыми).Эта улучшенная производительность процесса для системы с более низким параметром луча означает большую глубину проплавления для постоянной скорости сварки или более высокую скорость сварки для данной толщины алюминиевого листа. Увеличение глубины проплавления в результате улучшения качества луча оказывается одинаковым как для низких, так и для высоких скоростей сварки, например 1 и 15 м / мин.

Рис. 6. Зависимость глубины проплавления от скорости сварки при сварке алюминия с использованием произведения параметров балки 4 и 23 мм.мрад (сфокусировано в точки 0,40 мм и 0,44 мм соответственно)

Однако это сравнение продукта параметров пучка может быть слишком простым. Говоря, в частности, о волоконных лазерах, многие люди используют термин яркость (в некоторых случаях неправильно). Яркость лазерного луча определяется как соотношение между плотностью мощности в фокусе луча и телесным углом, определяемым конусом луча, выходящим из фокусирующей линзы. Как упоминалось ранее, для измерений, выполненных в этой работе, построение графика зависимости глубины проплавления для заданной скорости сварки от угла конуса луча не выявило явной тенденции.Однако, когда глубина проникновения отображается в зависимости от яркости, результаты, как показано на рисунке 7, более интересны.

Рис. 7. График зависимости глубины проплавления алюминия от яркости сфокусированного лазерного пятна для скоростей сварки 1, 5 и 15 м / мин. Линии — это путеводитель для глаз.

Глубина проплавления увеличивается с увеличением яркости лазерного луча примерно до 33×10 ⁵ Вт / мм ². Стерадиан, что является оптимальной яркостью для максимальной глубины проплавления при сварке алюминия, независимо от скорости движения.Помимо этой яркости, глубина проникновения, по-видимому, уменьшается, хотя следует отметить, что это поведение в настоящее время основано только на одной точке данных. Это означает, что, используя «оптимальную» яркость около 33×10 ⁵ Вт / мм ² · стерадиан в уравнении (1), можно определить параметры пропускания луча, чтобы получить максимальную глубину проплавления для сварки алюминия.

[1]

с	P = мощность, измеренная на заготовке, Вт F = фокусное расстояние фокусирующей линзы, мм ω0 = радиус перетяжки луча, мм D = апертура лазерного луча, мм

Из точек данных на рис. 8 также можно увидеть, например, что для скорости сварки 1 м / мин для достижения глубины проплавления 8 мм нет необходимости использовать лазерная система с яркостью более 10 ⁶ Вт / мм ².стерадиан. То же самое верно для глубины проплавления чуть менее 4 мм при скорости сварки 5 м / мин, а также для глубины проплавления 2 мм при скорости сварки 15 м / мин.

Рисунок 8 показывает тот же график, что и в Рисунок 7 , но для сварки стали вместо алюминия. В случае стали может показаться, что оптимальная яркость для достижения наибольшей глубины проплавления немного отличается в зависимости от скорости сварки, то есть от 32 до 38 x 10 ⁵ Вт / мм ².стерадиан для скоростей сварки 1 и 15 м / мин соответственно.

Причины такой оптимальной яркости и ее очевидной независимости от скорости сварки и материала не полностью понятны на момент написания этой статьи.

Рис. 8. График зависимости глубины проплавления стали от яркости сфокусированного лазерного пятна для скоростей сварки 1, 5 и 15 м / мин. Линии — это путеводитель для глаз.

Рисунки 9 и 10 демонстрируют улучшение рабочих характеристик для алюминия и стали, соответственно, достигнутое в этом эксперименте, с использованием системы с наименьшим произведением параметра луча и размером пятна, т.е.е. 4 мм.мрад и 0,14 мм, по сравнению с системой с наибольшим произведением параметра луча и размером пятна, то есть 23 мм.мрад и 0,61 мм. Это показывает, что выбор источника лазера с параметром ближнего луча и небольшим размером пятна может улучшить характеристики сварки как стали, так и алюминия.

Рис. 9. Глубина проплавления алюминия в зависимости от скорости сварки для двух крайних значений: размера сфокусированного пятна и произведения параметров луча, использованных в экспериментах.

Рис.10. Глубина проплавления стали в зависимости от скорости сварки для двух крайних значений: размера сфокусированного пятна и произведения параметров луча, использованных в экспериментах.

Выбор системы лазерной сварки

Результаты, показанные на рис. 5 , показывают, что при выборе оптимальной сварочной системы с возможностью обработки в диапазоне скоростей сварки и толщины материала не будет никакой реальной пользы от использования сфокусированного пятна меньше 0,3 мм. в диаметре.Сочетание этого показателя с «оптимальным» показателем яркости 33×10 ⁵ Вт / мм ². Стерадиан указывает на то, что этого можно достичь с помощью объектива с фокусным расстоянием около 350 мм для системы фокусировки с апертурой 50 мм. , например. Если числовая апертура волокна для доставки луча составляет порядка 0,2, то для достижения размера пятна 0,3 мм с коллимирующей линзой с фокусным расстоянием 175 мм потребуется волокно для доставки с диаметром около 0,15 мм.Чтобы использовать такое волокно, произведение параметров луча лазера должно составлять от 5 до 7 мм · рад.

Выводы

Производительность серии непрерывных лазерных систем с волоконной подачей была оценена при мощности лазера 4000 Вт, измеренной на заготовке, для сварки алюминия и стали. В работе исследовались размеры пятна от 0,61 до 0,14 мм и произведения параметров пучка от 23 до 4 мм · рад. Работа позволила сделать следующие выводы:

Для данного качества лазерного луча меньшее пятно обычно обеспечивает либо более высокую скорость сварки для данной глубины проплавления, либо увеличение глубины проплавления для данной скорости сварки.Чем меньше уменьшение размера пятна, тем меньше усиление.
Для лазера с фиксированным произведением параметра луча, равным 4 мм · мрад, увеличение глубины проплавления при переходе от диаметра пятна 0,4 мм к диаметру пятна 0,14 мм невелико для скоростей сварки менее 7,5 м / мин, но тогда линейно увеличивается выше этой скорости.
Для данного диаметра пятна 0,4 мм лазер с лучшим качеством луча обычно обеспечивает либо более высокую скорость сварки для данной глубины проплавления, либо увеличение глубины проплавления для данной скорости сварки.
Небольшое увеличение глубины проникновения можно увидеть при любом качестве луча для диаметров пятна менее 0,3 мм.
График зависимости глубины проплавления от яркости лазерного луча показывает, что для скоростей сварки от 15 до 1 м / мин существует «оптимальная» яркость для увеличения глубины проплавления как алюминия, так и стали. Эта оптимальная яркость составляет от 32 до 38 x10 ⁵ Вт / мм ². Стерадиан, независимо от скорости сварки или материала.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Энтони Эллиотта, Пола Фенвика и Харви Уитмора из TWI за их помощь в проведении испытаний сварки. Авторы также благодарны коллегам из Trumpf и IPG за помощь в выполнении некоторых работ, описанных в этой статье. Это исследование стало возможным благодаря участию Агентства регионального развития Йоркшира и Хамбера.

Список литературы

Рассел, Дж.Д., Хилтон, П.А. (2001) Разработка установки лазера Nd: YAG мощностью 10 кВт, в материалах 7 ^{-й Международной конференции по сварке}: Процессы соединения с высокой производительностью: основы, прикладное оборудование, Аахен, Германия, том 1, 299-310.
Verhaeghe, G., Hilton, PA, (2005) Битва источников — использование высокомощного Yb-волоконного лазера для сварки стали и алюминия, в Proceedings of 3 ^rd International WLT Conference of Lasers in Manufacturing, Мюнхен, Германия , 33-38.
Weberpals, J., Russ, A., Dausinger, F. Hügel, H. (2005) Влияние диаметра фокуса при лазерной сварке тонким дисковым лазером, в материалах 3 ^-й Международной конференции WLT по лазерам в производстве. , Мюнхен, Германия, 39-42.
Хюгель, Х. (2000) Новые твердотельные лазеры и возможности их применения, в Оптике и лазерах в технике, том 34, 213-229.
Bartel, W., Pathe, D., Roatzsch, R., Weick, JM (1997) Влияние качества луча при сварке лазерами Nd: YAG и CO. ₂, Труды конференции «Лазеры в обработке материалов», Мюнхен , Германия, т.3097, 147-156.
Ream, S.L. (2005) Диск и оптоволокно приобретают все большее значение, Industrial Laser Solutions, февраль 2005 г., 15-19.
Greses J, Hilton P A, Barlow C. Y, Steen W M (2002) Затухание шлейфа при высокомощной лазерной сварке Nd: YAG, в Proceedings of ICALEO 2002, Скоттсдейл, Аризона, США, том 94, 10 стр.
Оливье С. А., Хилтон П. А., Рассел Дж. Д. (1999) Обработка материалов с помощью лазерной установки на Nd: YAG мощностью 10 кВт, в Proceedings of ICALEO 1999, Сан-Диего, Калифорния, США, раздел D, 233-241.

Герт Верхаеге — механик (MSc) и европейский инженер по сварке (EWE), который начал свою карьеру в 1994 году в OCAS, бельгийском научно-исследовательском центре Arcelor, работая над индивидуально сваренными заготовками для ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body) проект.С 1996 года он был старшим руководителем проектов в TWI Ltd, где он руководил множеством проектов по различным дуговым и лазерным процессам и приложениям. Его особый опыт связан со сваркой алюминия, гибридной лазерно-дуговой сваркой и, в последнее время, обработкой волоконным лазером.

Пол Хилтон — менеджер по технологиям в TWI, где он отвечает за стратегическое развитие лазерной обработки материалов. Он бывший президент Ассоциации пользователей промышленных лазеров Великобритании и член правления Европейского института лазеров.

Конвертер размера пятна — цифровая поддержка

Конструкция преобразователя размера пятна основана на ссылке [1]. Цель этой конструкции — эффективно направлять свет из сильно ограниченного кремниевого световода с высокой контрастностью показателя преломления в оптическое волокно, которое имеет гораздо больший размер модового поля. В этой конструкции преобразование размера пятна достигается за счет использования адиабатического конуса Si, покрытого волноводом с низким показателем преломления. Как только мода преобразуется из кремниевого волновода в мод более крупного волновода с низким коэффициентом преломления, ее можно гораздо более эффективно подключить к оптическому волокну.

Метод EME идеально подходит для конструкций с конусом, потому что можно быстро сместить длину конуса без необходимости вычислять какие-либо дополнительные режимы. В этом случае методы на основе FDTD не так эффективны, потому что время моделирования не только экспоненциально увеличивается с увеличением длины конуса, но также требуется отдельное моделирование для каждой длины конуса.

Цели обучения

В этом примере мы показываем, как программа расчета расширения собственных мод (EME) MODE может быть использована для разработки преобразователя размера пятна.Пользователь научится:

Настройка моделирования EME
Быстро отсканируйте длину преобразователя размера пятна, чтобы найти оптимальную конструкцию
Сравнить результаты с результатами 3D FDTD

Инструкции по моделированию

Первые два раздела (Создание структуры и Добавление решателя EME и мониторов) описывают, как настроить моделирование из пустого файла моделирования. Если вы предпочитаете пропустить этот раздел, копия готового файла моделирования предоставляется вместе с этим учебным курсом.

Создайте структуру

Структура будет состоять из подложки, входного волновода с высоким коэффициентом преломления и равномерного промежутка по оси Y, сужающейся части волновода с высоким коэффициентом преломления с изменяющимся промежутком по оси Y и полимерного волновода с низким коэффициентом преломления.

Начните с запуска РЕЖИМА. Вы можете сохранить файл проекта моделирования MODE (.lms) на любом этапе этого процесса. Для этого выберите СОХРАНИТЬ в меню ФАЙЛ.

Добавить субстрат

Нажать стрелку на кнопке КОНСТРУКЦИИ
и выберите ПРЯМОУГОЛЬНИК в раскрывающемся меню.Задайте свойства прямоугольника носителя в соответствии со следующей таблицей. Чтобы открыть окно редактирования свойств объекта, нажмите кнопку инструмента редактирования.
на боковой панели инструментов или щелкните правой кнопкой мыши объект в дереве объектов и выберите ИЗМЕНИТЬ ОБЪЕКТ из контекстного меню.

вкладка	недвижимость	значение
	название	субстрат
Геометрия	x (мкм)	0
	x диапазон (мкм)	20
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	10
	z (мкм)	-2.5
	Диапазон z (мкм)	5
Материал	индекс	1,465
Графический рендеринг	переопределить непрозрачность цвета из базы данных материалов	выбрано
	альфа	0.3

Добавьте входной волновод с высоким коэффициентом преломления

Нажать стрелку на кнопке КОНСТРУКЦИИ
и выберите ПРЯМОУГОЛЬНИК в раскрывающемся меню. Задайте свойства прямоугольника в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
	название	вход
Геометрия	x (мкм)	-7.5
	x диапазон (мкм)	5
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	0,4
	z (мкм)	0,1
	Диапазон z (мкм)	0.2
Материал	материал	Si (кремний) — Palik

Добавьте конусообразную часть волновода с высоким коэффициентом преломления

Нажмите стрелку на кнопке КОМПОНЕНТЫ
и выберите EXTRUDED POLYGONS в раскрывающемся меню. Это откроет окно библиотеки объектов.
Выберите ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЙ ТРАПЕЗОИД из списка и нажмите кнопку ВСТАВИТЬ.
Задайте свойства равнобедренной трапеции в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
	название	конус
Недвижимость	x, y (мкм)	0
	z (мкм)	0.1
	материал	Si (кремний) — Palik
	Диапазон z (мкм)	0,2
	размах по оси (мкм)	10
	лк верх (мкм)	0,4
	люкс (мкм)	0.08
Оборотов	первая ось	z
	поворот на 1 (градусы)	90

Добавьте полимерный волновод с низким коэффициентом преломления

Нажать стрелку на кнопке КОНСТРУКЦИИ
и выберите ПРЯМОУГОЛЬНИК в раскрывающемся меню. Задайте свойства прямоугольника в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
	название	SiON
Геометрия	x (мкм)	2
	x диапазон (мкм)	16
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	3
	z (мкм)	1.5
	Диапазон z (мкм)	3
Материал	индекс	1,5
	изменить порядок сетки из базы данных материалов	выбрано
	сетка заказать	3
Графический рендеринг	переопределить непрозрачность цвета из базы данных материалов	выбрано
	альфа	0.3

Если установить порядок сетки для одного материала больше, чем для другого материала, материал будет иметь более низкий приоритет сетки в областях, где объекты перекрываются.

Выберите группу анализа модели в дереве объектов. Нажмите кнопку масштабирования
на панели инструментов вида сбоку, чтобы увеличить видовые окна вокруг завершенной конструкции.

Добавить EME Solver и мониторы

Нажмите стрелку на кнопке МОДЕЛИРОВАНИЕ.
и выберите EME SOLVER из раскрывающегося меню.Задайте свойства в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
Общий	фоновый индекс	1,465
	длина волны (мкм)	1,5
Настройка EME	x мин (мкм)	-8
	количество групп ячеек	3
	определение группы ячеек	См. Таблицу ниже
	ячеек дисплея	выбрано
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	5.5
	z (мкм)	0,5
	Диапазон z (мкм)	7

Задайте свойства таблицы в разделе ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППЫ ЯЧЕЙК вкладки настройки EME объекта области моделирования в соответствии со следующей таблицей.

	групповые пролеты (мкм)	ячеек	метод субячейки
1	3	1	нет
2	10	19	CVCS
3	3	1	нет

Количество групп ячеек установлено равным 3 для трех отдельных областей структуры, входного волновода, конической области и выходного волновода.В каждой группе ячеек мы можем указать диапазон области, которую будет охватывать группа ячеек, и количество ячеек для использования в группе ячеек. Количество ячеек соответствует количеству локаций, где будут решаться режимы работы устройства.

В областях группы ячеек, где поперечное сечение устройства не изменяется (например, области волновода ввода / вывода), нет необходимости использовать более 1 ячейки, и для метода подъячейки должно быть установлено значение «Нет». В регионах, где изменяется поперечное сечение структуры, требуется больше ячеек, чтобы разрешить изменение геометрии.В случаях, когда поперечное сечение непрерывно изменяется по региону, рекомендуется использовать метод подъячейки CVCS, так как он даст лучшие результаты за счет уменьшения эффекта лестницы от использования конечного числа ячеек.

Параметр DISPLAY CELLS на вкладке настройки EME показывает границы ячеек в представлении CAD. Мы можем игнорировать раздел на вкладке настройки EME для периодичности, поскольку эта структура не включает никаких периодических областей.

Настройка портов

Разверните объект EME в дереве объектов, щелкнув значок треугольника рядом с именем объекта.Затем разверните группу «Порты» под объектом EME. Измените свойства порта_1 и порта_2 в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
Геометрия	использовать полный диапазон моделирования	выбрано
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	5.5
	z (мкм)	0
	Диапазон z (мкм)	7
Порт EME	выбор режима	основной режим

Выбранные режимы будут теми режимами, для которых пользовательская S-матрица будет возвращать результаты.

Добавить переопределение сетки

Область коррекции сетки используется для установки более мелкой поперечной сетки на конической части волновода с высоким коэффициентом преломления

Выберите группу анализа модели в верхней части дерева объектов.Нажмите на стрелку на кнопке МОДЕЛИРОВАНИЕ.
и выберите MESH
из раскрывающегося меню, чтобы добавить область переопределения сетки. Задайте свойства области переопределения сетки в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
Общий	Установить множитель сетки	выбрано
	y Множитель сетки	5
	z Множитель сетки	5
Геометрия	x (мкм)	0
	x диапазон (мкм)	20
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	0.45
	z (мкм)	0,1
	Диапазон z (мкм)	0,2

Нажмите кнопку VIEW MESH
на боковой панели инструментов, чтобы отобразить поперечную сетку в САПР.

Добавить мониторы

Нажмите стрелку на кнопке «Мониторы».
и выберите EME INDEX в раскрывающемся меню.Задайте свойства в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
	название	индекс
Геометрия	x (мкм)	0
	x диапазон (мкм)	20
	яр (мкм)	0
	размах по оси (мкм)	6
	z (мкм)	0.1

Нажмите стрелку на кнопке «Мониторы».
и выберите EME PROFILE в раскрывающемся меню. Задайте свойства в соответствии со следующей таблицей.

вкладка	недвижимость	значение
	название	profile_xz
Геометрия	тип монитора	2D Y-нормальный
	x (мкм)	0
	x диапазон (мкм)	20
	яр (мкм)	0
	z (мкм)	0
	z (мкм)	8

Расчет и извлечение результатов

Бег

Нажмите кнопку RUN
.Это позволит вычислить поддерживаемые режимы в каждой ячейке и переключить моделирование из режима макета в режим анализа. Когда симуляция завершится, откроется окно анализа EME.

Поля распространения

В окне EME Analysis установите для параметра SOURCE PORT значение PORT 1. Это будет использовать основной режим из PORT 1 в качестве источника при генерации результатов монитора профиля.
Обратите внимание, что, поскольку мы не используем периодичность, мы можем игнорировать предупреждение в разделе CELL GROUP SEQUENCE окна EME Analysis.
Нажмите кнопку EME PROPAGATE.

Построить график показателя преломления и профиля поля

После завершения распространения объект EME и мониторы в дереве объектов будут заполнены данными. В окне «Просмотр результатов» (которое можно открыть, включив «Просмотр результатов — EME» в верхнем меню «Окна просмотра») будут отображаться все результаты и соответствующие им размеры / значения для выбранного объекта. Постройте показатель преломления, щелкнув правой кнопкой мыши на «индексном» мониторе и выбрав «Визуализировать — индексный профиль».2 — трансмиссия. Поскольку устройство ведет себя симметрично, S12 = S21.

Изменить длину конуса

Чтобы пересчитать результаты для более длинного конуса, перейдите в раздел «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППЫ ЯЧЕЕК» окна анализа EME и измените ГРУППОВОЙ РАЗДЕЛ второй области группы ячеек. Измените это значение с 10 мкм на 100 мкм, что будет соответствовать той же геометрии устройства, но теперь с длиной конусной области 100 мкм.
Нажмите кнопку EME PROPAGATE, чтобы пересчитать результаты, затем визуализируйте новые результаты для более длинного конуса.Обратите внимание, что этот расчет выполняется практически мгновенно, поскольку не требует дополнительных расчетов режима.

Длина сканирующего конуса

Для сканирования длины конуса в диапазоне значений можно использовать виджет развертки распространения в окне анализа EME.

В окне EME Analysis установите флажок PROPAGATION SWEEP и установите параметры распространения в соответствии со следующей таблицей.

настройка	значение
параметр	групповой пролет 2
начало	10
остановка	200
количество точек	191

Нажмите кнопку EME SWEEP, чтобы провести развертку по длине конуса.2.

Обсуждение и результаты

Решатель EME в MODE — это полностью векторный двунаправленный решатель уравнений Максвелла. Решатель полагается на модальное разложение электромагнитных полей на базисный набор собственных мод, которые вычисляются путем деления геометрии на несколько ячеек и решения для режимов на границе раздела между соседними ячейками. Этот метод учитывает события многократного отражения, и требуется только одно моделирование для всех режимов ввода / вывода и поляризации, поэтому он идеально подходит для моделирования конусности и выполнения сканирования по длине.

В настройке решателя EME мы определяем сечения, в которых решаются моды, путем определения групп ячеек. Для однородных областей, где поперечное сечение структуры не изменяется в направлении распространения (например, группа ячеек 1 и 3, или области входного / выходного волновода), только одна ячейка необходима в группе ячеек, поскольку использование дополнительных ячеек не приведет к повлиять на результаты.

Для таких областей, как конус, где поперечное сечение устройства меняется, вы можете указать количество ячеек в группе ячеек, где будут вычисляться режимы структуры, и в этих областях мы хотим установить метод подячеек на CVCS. которые уменьшают эффект лестничной клетки за счет дискретных изменений поперечного сечения конструкции между каждой соседней ячейкой.Количество базовых режимов, используемых для расчета, также можно задать в объекте решателя EME. Для первоначального расчета рекомендуется начать с небольшого количества режимов. Как только все заработает, как ожидалось, можно увеличивать количество режимов, пока результат не сойдется.

Границы ячеек конструкции можно увидеть в представлении CAD ниже.

Моды в центре каждой ячейки рассчитываются на конечной поперечной сетке. При необходимости можно добавить области переопределения сетки, чтобы получить более мелкую сетку.Для этого преобразователя размера пятна мы добавляем область коррекции сетки поверх сужающегося кремниевого волновода, чтобы лучше разрешить геометрию. Кнопка просмотра сетки отображает поперечную сетку в виде CAD, как показано ниже.

Мы можем выбрать интересующий режим (или набор режимов путем множественного выбора), отредактировав порты и выбрав желаемые режимы. Результат s-матрицы пользователя, вычисленный решателем EME, вернет результаты только для выбранного режима (ов). 2 с портом 1 на входной стороне и портом 2 на выходе.2. Для получения дополнительной информации о преобразовании индекса S-матрицы см. Анализ решателя EME.

Анализ и результаты

Нажатие кнопки запуска вычислит режимы для каждой ячейки. Вы можете визуализировать вычисленные режимы, развернув решатель EME и группу ячеек в дереве объектов, затем щелкнув правой кнопкой мыши отдельную ячейку и выбрав результат для визуализации.

Чтобы увидеть окончательный профиль поля устройства, а также результаты S-матрицы, нажмите кнопку EME PROPAGATE в окне анализа EME.После завершения распространения будут доступны результаты монитора профиля и результаты S-матрицы, которые можно визуализировать, щелкнув правой кнопкой мыши объекты в дереве объектов. Результаты для различных длин распространения также могут быть изменены без повторного расчета каких-либо мод. Профиль поля для конической области длиной 10 мкм и 100 мкм показан ниже.

Конус 10 мкм (график xz)

Конус 100 мкм (график xz)

Параметры рассеяния связывают коэффициенты передачи и отражения для каждого порта и режимов ввода / вывода устройства.Это автоматически вычисляется решателем EME и возвращается как результат области решателя EME. Внутренняя s-матрица включает все s-параметры для всех режимов всех портов, тогда как пользовательская s-матрица будет содержать только s-параметры для режимов, выбранных в портах. Поскольку у нас есть 2 порта, и нас интересует только основной режим на каждом порту, s-матрица пользователя будет матрицей 2 на 2 с элементами S11, S12, S21 и S22.

Сканирование длины

Виджет развертки распространения позволяет сканировать длину любой группы ячеек и автоматически вычислять результаты s-матрицы.Таблица отображения индекса S-матрицы позволяет быстро определить, какие компоненты s-матрицы соответствуют какому порту и режиму.

Ниже показано пропускание через конус по длине конуса от 10 мкм до 200 мкм.

Сканирование длины также можно выполнить, запустив сценарий spot_size_converter.lsf.

EME против 3D FDTD

Мы также сравниваем результаты EME с 3D FDTD. Результаты двух решателей достаточно хорошо согласуются, однако они сделаны с совершенно разной шкалой времени.Имитация EME занимает 3 минуты для моделирования 101 различной длины конуса (синие квадраты), тогда как 3D FDTD занимает 6 часов для имитации 11 различных длин конуса (зеленые квадраты).

Нет по сравнению с методом подячейки CVCS

Чтобы увидеть эффект лестничного пролета, измените метод подъячейки для диапазона 2 группы с «CVCS» на «none» и повторно запустите сканирование eme.

Можно видеть, что, когда метод подъячейки CVCS не используется для конической части структуры в группе ячеек 2, эффект лестничной клетки приведет к тому, что кривая передачи будет намного более грубой, чем раньше.

Список литературы

[1] T. Tsuchizawa и др., «Устройства микрофотоники на основе технологии микропроизводства кремния», IEEE J. Select. Темы Квантовая электроника, 11, 2005, 232-240

См. Также

EME Solver Analysis

Почему больший луч приводит к меньшему размеру пятна в обозначении лазера?

Недавно мы обновили сообщение в блоге под названием «Каковы критические требования к лазерному источнику для обозначения лазера», в котором мы глубоко погрузились в основы обозначения лазера, а также требования военных к такому лазеру.В этом сообщении в блоге мы процитировали стандарт НАТО STANAG 3733, который требовал, чтобы лазерный луч имел достаточно малую расходимость, чтобы 90% его энергии приходилось на цель в 95% случаев, предполагая, что цель составляет 2,3 x 2,3 м. Далее мы объяснили, что большинство лазерных целеуказателей предназначены для использования на расстояниях до 5 км. Поэтому одним из важнейших факторов при выборе лазерного источника является расходимость луча.

В этом посте мы обсуждаем один метод уменьшения расходимости луча путем увеличения размера луча.Хотя это может показаться нелогичным, на самом деле это тот случай, когда с увеличением диаметра коллимированного пучка его расходимость уменьшается. Это происходит по той же причине, что и лазерный диод имеет медленную и быструю ось. То есть всякий раз, когда свет содержится в небольшой области, он имеет тенденцию дифрагировать или расходиться. То же самое происходит с самим лазерным лучом. Если лазер идеально коллимирован, он считается дифракционно ограниченным. Это означает, что расходимость лазерных лучей определяется исключительно областью, в которой они находятся, следовательно, диаметром луча.Следовательно, когда вы расширяете лазерный луч до большего диаметра и повторно коллимируете его, расходимость будет уменьшаться, поскольку свет не сжимается в такой маленькой области, как раньше. Как правило, расходимость луча обратно пропорциональна диаметру луча. Таким образом, каждый раз, когда вы удваиваете диаметр луча, вы получаете половину расходимости луча.

При лазерном обозначении вы можете воспользоваться этим фактом, чтобы обеспечить меньший размер пятна на цели, начав с большего луча, выходящего из целеуказателя.Сегодня используются две конструкции расширителя первичного пучка: кеплеровская и галилеевская. Из изображения ниже вы можете видеть, что фундаментальное различие между этими двумя конструкциями заключается в наличии промежуточного фокуса. В то время как конструкция Кеплера может быть полезна для приложений с низким энергопотреблением, таких как микроскопия, для большинства приложений с высокой мощностью и развертываемых в полевых условиях конструкция Галилея намного превосходит. Галилеевик предпочтителен в таких приложениях, как лазерное обозначение, не только потому, что он более компактен, но и потому, что он не подвержен риску термической нестабильности из-за нагрева от промежуточного фокуса.

Хотя использование расширителя луча является отличным способом уменьшить расходимость луча и обеспечить большую дальность (меньшее расстояние на расстоянии) для обозначения лазера, все же обязательно, чтобы вы начинали с лазера с минимально возможной расходимостью луча. Например, Airtrac от Arete Associates имеет параметр создаваемого луча (BPP) примерно 6 мм-мрад. Это означает, что при диаметре луча 6 мм лазер будет иметь расходимость луча 1 мрад. Следовательно, если бы этот лазерный луч был расширен до коллимированного диаметра 24 мм, он имел бы расходимость луча 0.25 мрад. По определению мрад означает, что через 1 м радиус луча увеличится на 1 мм, поэтому это означает, что на расстоянии 5 км наш луч (с расходимостью 0,25 мрад) будет примерно 2,5 м в диаметре. Что более чем приемлемо для руководящих принципов НАТО.

Если вы хотите получить более подробное представление об Airtrac от Arete Associates, щелкните здесь, чтобы перейти на страницу продукта для получения более подробных технических характеристик. Как всегда, вы также можете поговорить с одним из наших экспертов по лазерам сегодня по телефону 1-636-272-7227.

Да, размер имеет значение при лазерной эпиляции

«Имеет ли значение размер?» В зависимости от сценария на этот извечный вопрос есть много ответов. Однако в мире лазерной эпиляции ответ определенно положительный. Различные лазеры и технологии интенсивного импульсного света (IPL), используемые для постоянного уменьшения роста волос, используют различные факторы, включая длину волны, плотность энергии и размер пятна для проведения лечения.

Хотя очевидно, что плотность потока энергии, длина волны и общие протоколы, используемые во время лечения, сильно повлияют на результаты пациента, есть некоторые предположения, будет ли иметь значение используемый размер пятна.

В этой статье мы объясняем, почему размер пятна имеет значение для процедуры стойкого удаления волос.

Размер пятна любой световой системы — это ширина или яркость излучаемого луча света. В основном размер пятна влияет на то, насколько глубоко лазер может проникать в дерму кожи с длинами волн света.

Лазеры
и системы IPL одинаково разработаны с различными размерами пятна, некоторые из которых меньше других. Например, система удаления волос Astanza ReSmooth поддерживает различные сменные насадки с разным размером пятна от 1 см ² до 9.1 см ², лучший в отрасли размер пятна.
Пятна большего размера, по-видимому, более эффективны для процедур лазерной эпиляции и IPL, поскольку они могут проникать более глубоко в кожу и воздействовать на большее количество пигментации и меланина в волосяных фолликулах.
В многочисленных исследованиях и статьях изучалась роль размера пятна в процедурах удаления волос, и результаты показали, что использование пятна большего размера почти всегда улучшает задержку роста волос. Кроме того, результаты после использования пятна большего размера показали более длительные результаты уменьшения волос через много месяцев после последнего сеанса лечения пациента.
Кроме того, большинство процедур лазерной эпиляции выполняется на более крупных частях тела (например, на голенях, бедрах, спине и т. Д.). Наличие большего размера пятна может существенно повлиять на время лечения. 9,1 см ^{2 Размер пятна} по сравнению с размером пятна 12 мм позволит вам лечить пациентов быстрее, сократить время простоя между сеансами лечения и запланировать большее количество пациентов в день.
При исследовании различных типов лазеров для удаления волос и систем IPL, которые можно было бы добавить в вашу практику, никогда не выносите за скобки размер (а) пятна, который они обеспечивают. Более крупный размер пятна не только улучшит эффективность результатов для пациентов, но также может сэкономить время и вам, и вашему пациенту.
Если вы хотите поговорить с представителем Astanza об открытии бизнеса по удалению волос или о добавлении удаления волос к существующей практике, свяжитесь с нами по телефону (800) 364-9010 или свяжитесь с нами, нажав здесь.
Узнать больше
Ознакомьтесь с другими ресурсами в Астанце:
Размер фокусного пятна — Atom Physics
Почти все медицинские рентгеновские трубки имеют фокусное пятно двух размеров. Для некоторых машин оператор может выбрать размер фокусного пятна «Маленький» или «Большой». На других машинах различные варианты выбора мА будут иметь после них букву «S» или «L» (например, 100S или 300L), что соответствует тем же настройкам. Но что это значит, и когда выбирать маленький или большой?
Рентгеновские лучи образуются при нагревании нити накала (например, нити в старой лампе накаливания) до такой степени, что она «вскипает» электроны с нити накала (катода).Затем большое потенциальное напряжение (на уровне киловольт) в рентгеновской трубке захватывает эти электроны и ударяет их в мишень (анод), которая производит рентгеновское излучение. Маленькие и большие размеры фокусного пятна зависят от размера нити накала, поэтому важно понимать, какой из них лучше всего подходит для какой цели.
Разница между двумя фокусными точками зависит только от геометрии. Чем длиннее нить накала, тем более размытой или широкой может быть тень (также называемая полутенью) вокруг рентгеновского изображения.Он работает так же, как свет и тень. Тень, образованная точечным источником света, будет действительно резкой и четкой, а тень, образованная большой люминесцентной лампой, будет гораздо более размытой.
Схема эффекта полутени
Смысл наличия маленьких и больших фокусных пятен в рентгеновской трубке заключается в том, что это дает аппарату универсальность для изображения чего-то такого маленького, как палец, и чего-то такого большого, как сторона поясничного отдела позвоночника.
No related posts.

Разное