猜!用放大镜能熔化金属吗?

2023-07-06 09:30:28 - 贺利氏之声

用放大镜点燃纸巾可能是最常见的科学实验之一,其原理是凸透镜能够聚光,在汇聚太阳光后,能量也得到了集中,最直接的表现就是温度升高,最终点燃易燃物。也因为实验所需条件比较简单,只需要一个普通放大镜和太阳,因此,“放大镜事故”也是不少火灾的起因。

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2021年上海一对父子做聚光实验烧着2000余平草坪

(动图转自看看新闻)

那如果我们想利用这种聚光原理,汇聚得到更多能量,做一些“更有意义”的事情呢?比如说熔化金属。

还真的有一位特别有求知欲(也很有时间)的博主做了这么一个试验,他制作了一枚直径约5米的菲涅尔透镜,并利用聚焦得到的能量熔化了20千克锡——熔点仅为232℃的低熔点金属。

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“TheSolarMetalSmelter.”

Allimages©JelleSeegers

然而,凸透镜只是依靠折射将现存能量集中起来,要想达到商业或工业级别,需要更大、更多、更稳定的能量,(除了再造几十个数十米的透镜),这就要涉及到光在粒子层面的表现——激光。爱因斯坦在1917年第一次提出“受激辐射”理论,激光一词源于英文缩写,取LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation各个单词的首字母组成LASER,意为“通过受激辐射光扩大”。

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1960年,研究员发明出世界上第一台红宝石激光器

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ruby_laser.jpg

光波在光学谐振腔(OpticalResonantCavity)中来回反射,反馈出增强的光能,达到普通光源望尘莫及的优良特性:优异的方向性、高亮度、单色性好和高相干性的光束,激光因此被誉为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。

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选择不同类型和不同功率的激光,几乎能做到“指哪打哪”,甚至“削铁如泥”,这其中,高功率激光十分适合精密加工,广泛应用于工业制造、生物医疗等高尖领域。

高功率激光器的核心部分是其终端光学组件。如果普通放大镜中的凸面镜可以算作是“入门级”光学玻璃,那么助力激光器实现更高功率、更精准操作和更低能耗的光学玻璃,则堪称“大师级”——熔融石英。

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熔融石英具有诸多优势(点击阅读详情),而在对性能要求特别严苛的情况下,则有更多因素需要考量,比如光学均匀性、透过和吸收率、气泡或杂质含量、折射率和色散、残余应变、荧光、光致缺陷或辐射耐受性甚至是成本。要想要让激光器达到非常高的功率水平,吸收起着关键作用。

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激光需要穿透一些元件,以抵达作业表面,虽然在增透膜的帮助下,能降低反射,但一部分能量仍旧会由于吸收现象而被损耗。

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损耗还不是吸收现象造成的唯一“麻烦”。如果光束击中熔融石英中存在的硅、氧离子或者OH基团和金属杂质,这些杂质会吸收一部分光能,从而产生热量,后果就会更加严重了——增透膜可能受到损伤从而增加反射损耗,折射率可能产生变化继而引起焦点偏移,元件甚至有可能因温度升高而彻底损坏。

贺利氏在熔融石英上拥有超过100年的专业知识,对于材料的适配和选择有丰富的经验,针对近红外激光应用,我们的石英材料拥有良好的3D均匀性,达到低OH、低吸收,帮助实现高效能低损耗的激光加工制造。在提供标准器件之余,还能支持各类复杂的特殊定制。

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7月11-13日,慕尼黑上海光博会(LASERPhotonicsChina)将在沪举办,届时,贺利氏科纳米将携应用在光电子领域中的两大类石英玻璃产品链亮相盛会。

具有高纯低吸收的合成石英玻璃,可用于各类激光加工、生物医疗和各类成像光谱的应用,覆盖从深紫外到红外波段;

特种光纤的预制棒和高纯石英管,同样具有高纯低吸收的特性,可用于光纤生产流程中的衬管、包层套管以及激光加工流程中的的泵浦包层、用于制造光子晶体光纤和光纤合束器的石英玻璃和掺氟的石英毛细管。

诚邀大家共同探索光学科技,用玻璃共筑璀璨世界。

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