Diffractie optische componentenDOE Voor lasermateriaalbewerking, medische

Diffractie optische componenten

Diffractieoptische componenten (DOEGebruik microstructurele ontwerpen om de fase van het licht dat ze verspreiden te veranderen. De microstructuur van het oorspronkelijke oppervlak van een redelijk ontwerp van optische diffractie maakt het mogelijk om elk licht dat overeenkomt met de verdeling van de lichtintensiteit van het ontwerp bij het invoeren van specifiek licht uit te voeren.DOEDe technologie realiseert veel functies en optische bediening die niet haalbaar zijn voor traditionele optische systemen. In veel toepassingen verbeteren deze technologieën de prestaties van het systeem aanzienlijk. Het diffractieoptische programma heeft vele voordelen, zoals: hoge efficiëntie, hoge nauwkeurigheid, kleine afmetingen, lage gewicht en vooral is het flexibel om te voldoen aan verschillende toepassingsvereisten.

DOEProducten: Beamsplitters en straalvormers.

StraalsplitterDOEGebruikt voor het verdelen van een enkele laserstraal in verschillende stralen, elk met dezelfde eigenschappen als de binnenkomende straal (behalve vermogen en verspreidingshoek). Volgens het diffractiepatroon van de splitter,De splitter kan produceren1Dimensionele lichtstralen (1×Nof2Dimensionele lichtstralmatrix (M×N). SplitterDOEDe binnenkomende stralen kunnen ook worden verdeeld in verschillende spotverdelingen, zoals ronde, willekeurige patronen, zeshoekige arrays enz. Straalscheiders moeten worden gebruikt in combinatie met monochromatisch licht (bijvoorbeeld laserstraal) en verschillende straalscheiders hebben een bepaalde golflengte en een scheidingshoek tussen en een specifieke uitgangsstraal.

De lichtstraal is in staat om de nabijgelegen Gaussiaanstraal op het werkoppervlak om te zetten in een uniforme straal van ronde, rechthoekige, vierkantige en lineaire vormen met randcontouren (verdeling van de lichtintensiteit). Zeer helder en tegelijkertijd kan de straalvormer een gelijkmatige verdeling van de uitgangsintensiteit bereiken, waardoor het oppervlak gelijkmatig kan worden behandeld tijdens laserbewerking en overbelichting of onvoldoende belichting van een bepaald gebied wordt voorkomen. Bovendien hebben de spots steile overgangsgebieden, waardoor een duidelijke grens wordt gevormd tussen de behandelde en onbehandelde gebieden. De reeks straalvormers omvat equalizers,top-hat, spiraallensen (spiraalfaseplaten) en diffractie-as kegelscopen.

DOETypische toepassingen

Naarmate het laservermogen steeds toeneemt, kunnen de optische componenten van veel geïntegreerde systemen niet weerstaan ​​hoge lasers. Laser-geïnduceerde schade drempel (LIDTofLDTDe parameters worden een belangrijke factor bij de keuze van optische componenten. De hoge schadelijkheidsdrempel voor diffractieoptische componenten maakt het ideaal voor industriële systemen en toepassingen met hoge vermogen. Toepassingen voor lasermateriaalbewerking en op laser gebaseerde medische schoonheid (MED) vereisen zowel een hogevermogenslaser.

Grafiek1Verschillende splitter spotverdeling van links naar rechts:5×5Array, willekeurig, zeshoekig array, rond

Grafiek2Resultaten van verschillende straalvormen, van links naar rechts: homogeneizer, plat toplicht, vortex lensen en diffractieprisma's

Toepassing van diffractieoptische componenten in lasermateriaalverwerkingstoepassingen

De ontwikkeling van nieuwe lasersystemen voor industriële behoeften is onlangs toegenomen. Veel nieuwe processen zijn ontwikkeld en veel van de traditionele verwerkingsprocessen zijn vervangen door laserbewerkingsprocessen. Lasermateriaalverwerking maakt een groot deel uit van de hele lasermarkt,DOEHet speelt een belangrijke rol bij het leveren van laserstraalvorming voor een aanpassingsproces. Laserstraalvorming en homogenisatietechnologie zijn essentiële stappen voor de optimalisatie van veel lasermateriaalverwerkingstoepassingen.DOEMeestal wordt gebruikt voor laseroetie en laserbewerkingssystemen, laserboringen, lasersnijden en andere bewerkingen om kleine kenmerkende structuren op het oppervlak te vormen.

DOESchoonheidsbehandelingen op basis van lasers

Naarmate het gebruik van lasertechnologie een onontbeerlijker hulpmiddel wordt op het gebied van medische esthetiek, wordt het vermogen om de laserautgang te beheren steeds belangrijker.DOEHet biedt een unieke oplossing waarmee de stralen op verschillende manieren kunnen worden bediend, terwijl de componenten licht blijven. De schoonheidsbehandeling maakt meestal gebruik van een hoge kracht laser. De laser vereist een gelijkmatige en nauwkeurige blootstelling aan licht met nauwkeurige scherpe randen en tegelijkertijd een hoge efficiëntie. Dit is de ideale oplossing voor het vormen van stralen met behulp van diffractieoptische apparaten.DOEVaak gebruikt voor laserhaar, laser tattoo verwijdering, huidreparatie, huidregeneratie en meer.

Diffractieoptische componenten - splitters

Het werkprincipe van de splitter is heel eenvoudig. Afhankelijk van de systeemvereisten van de klant, de straal van de directe ingang, de straal van de output naar de scheidingshoek van de splitterDOEUit, de scheidingshoek isDOEbepaald tijdens het ontwerp en zeer nauwkeurig scheidingshoek (fout)<0.03mRad). De scheiding van stralen is ontworpen voor het verre veld. Dus met het licht inDOEVervolgens blijven ze zich verspreiden en worden ze duidelijker.

Grafiek3SplitterDOEbasisinstellingen,EFL =effectieve brandafstand,m =meerdere punten (punten), θs=De scheidingshoek tussen twee focussen,d = 2De afstand tussen de focussen, θf= De hele hoek,D =Lengte van de lichtpunten

Grafiek4 1×6Verspreiding met meerdere punten in het diffuse medium

De geproduceerde multiflekken met een "nul-niveau" zijn niet diffractief en de straal voldoet aan de wet van reflectie en breking. Voor een standaard splitter met een oneven aantal stralen is de scheidingshoek het aantal ordenen+1en het aantal0De hoek tussen de0het verwachte licht). Voor een standaard splitter met een even aantal stralen is de scheidingshoek+1klasse en-1De hoek tussen de stappen (nul stappen zijn niet de gewenste stralen).

Diffractie optische componenten - gebruikDOEStraalvorming

De diffractie straalvormer is een fasenelement dat de ingangsstraal van Gauss op een bepaalde werkafstand omzet in een uniforme lichtvlek met scherpe randen. Elke straalvormer kan alleen worden gebruikt onder specifieke optische omstandigheden, dat wil zeggen een unieke reeks optische systeemparameters: golflengte, ingangsstraalgrootte, werkafstand en uitgangsplekgrootte.

De meest fundamentele instellingen in straalvormer-toepassingen omvatten de laser, de diffractieve straalvormer-componenten en het te behandelen oppervlak.

Flatstop straalvormer

De top cap beam rectifier wordt gebruikt voor het omzetten van een laserstraal met een gelijkmatige intensiteit in een ronde, rechthoekige, vierkantige, lineaire of andere vorm, met een scherpe rand van hoge kwaliteit in een specifiek werkvlak. Om kwalitatief hoogwaardige prestaties van de straalvormer te verkrijgen, moet de laserautgang eenmodus zijn (TEM00），M2Waarde<1.3Dat.

De straalvormer laat gelijkmatige lichtvlekken achter op het oppervlak van het te behandelen object en voorkomt overmatige of onvoldoende blootstelling aan een bepaald gebied. Bovendien wordt de vlek gekenmerkt door scherpe overgangsgebieden die een duidelijke grens vormen tussen de behandelde en onbehandelde gebieden. Top cap straal rectifier met een hoge efficiëntie (meestal> 95uitstekende uniformiteit (meestal ±5(%) steile overgangszones en hoge drempels voor laserschade. Bovendien zijn de straalvormers met de bovenhoed gevoelig voor de ingangsstraalgrootte, de werkafstand en de verplaatsing van het component. Platte topDOEGewoonlijk gebruikt voor lasermateriaalverwerkingstoepassingen (laseroetie, lasersnijden, laserboren), esthetische behandelingen (tatoeages en haarverhouding), wetenschappelijke toepassingen (stroomcytologie) en nog veel meer.

Homogenizer - straalvormer

Optische equalizerDOEOmzetten van single- of multi-mode ingangsstralen in duidelijk gedefinieerde uitgangsstralen die worden gekenmerkt door een gewenste vorm en een uniforme vlakke dakintensiteit. De meest voorkomende vormen die een diffuser krijgt zijn ronde, vierkante, rechthoekige, ovale en zeshoekige. Tegelijkertijd is het mogelijk om beelden in bijna elke vorm te ontwerpen. De rand van de verspreide straal is meestal steil te bepalen. De verhouding tussen de ingangsdiffusiehoek en de diffusiehoek van de evenvormer bepaalt de verhouding tussen het overgangsgebied en het evenvormige gebied van de uitgangsstraal. Om de intensiteitsverdeling van de straal in het verre veld of het focale vlak te bereiken de ideale,DOEDe homogenisator splitst het binnenkomende licht in een half-willekeurige richting in een half-willekeurige richting. Deze methode maakt het mogelijk om componenten te ontwerpen die willekeurige vormen kunnen genereren met een nauwkeurige uitgangshoek en afmeting onder uniforme lichtintensiteit. De prestaties van de diffuser zijn grotendeels afhankelijk van de parameters van de binnenkomende straal, bovendien door het gebruik van hogeM2De ingangsstraal kan een hogere uniformiteit bereiken (figuur7). De homogeneer straalvormer is niet gevoelig voor straalgrootte, verplaatsing en neiging van het element. Het biedt een hoge drempel voor laserschade, terwijl uniformiteit en efficiëntie variëren met het ontwerp. HomogeneerderDOEMeestal gebruikt voor lasermateriaalbewerkingstoepassingen (laserlassen, lasersloden), esthetische behandeling (tatoeages)/onthaaring, lichaamscontuur) enzovoort.

Grafiek5StraalvormerDOEbasisinstellingen,d =vormen van de flekken grootte,D =straaldiameter,EFL =Effectieve focusafstand.

Grafiek6Versterkingsverdeling van de bovenhoed, links: vierkant, rechts: rond

Grafiek7Homogener prestaties op basis vanM2Verandering, links:M2 = 1Rechts:M2 = 10 Grafiek8WirbellenzenDOEDe trap

Diffractiewe optische componenten - spiraalfase

WirbellenzenDOEDe invoerverdeling van Gauss wordt omgezet naar een ring van energie. Een spiraalfaseplaat is een uniek optisch element waarvan de structuur volledig bestaat uit een spiraal of spiraalfase met als doel de fase van de doorgaande straal te regelen. De totale etdiepte van de bovenkant naar de onderkant van de "trap" is een functie van de golflengte en de optische index van het ontwerp van het substrat. Onder algemene omstandigheden heeft deze diepte dezelfde grootte als de ontwerpgolflengte. Daarom is elke vortex-plaat golflengtespecifiek. Optische vortex vereist de invoer van een rechtlijnige single-mode (TEM00Gauss voert de straal in en converteert deze naarTEM01Assymmetrische modus.

Het gebruik van een grotere ingangsstraaldiameter heeft twee duidelijke voordelen. Ten eerste, een grotere straal vermindert de output paar enigszinsDOEGevoeligheid voor tolerantie. Ten tweede zal een grotere ingangsstraaldiameter kleinere wervelstroompunten kunnen genereren, wat in veel toepassingen meestal het gewenste resultaat is. Wirbellenzen hebben een hoge efficiëntie (meestal> 90% en een lagere schade drempel. Het heeft een gevoeligheid voor component verplaatsing en rotatie. WirbellenzenDOEMeestal gebruikt voor materiaalverwerkingstoepassingen (lassen), optische communicatie (optische modusconversie en -generatie), wetenschappelijke toepassingen (STEDmicroscoop, optische pincet, enzovoort.

Samenvatting:

De afgelopen jaren zijn diffractieoptische componenten een uitgegroeide en wijd toegepaste technologie geworden.DOEDe technologie wordt voornamelijk toegepast op het vormen en splitsen van stralen. Het wordt voornamelijk toegepast op toepassingen voor lasermateriaalverwerking, medische en esthetische toepassingen en wetenschappelijke toepassingen, en heeft een grote markt die een groot deel uitmaakt van de totale markt voor lasertoepassingen. Vanwege de steeds hogere laservermogen en de steeds hogere nauwkeurigheidseisen,DOEDe hoge drempel voor laserschadiging en de hoge nauwkeurigheid maken het tot een effectieve oplossing voor lasertoepassingen.