Знаете ли вы классификацию лазеров DOE? (Часть 1)

Лазеры с дифракционным оптическим элементом (DOE) — новый оптический элемент, активно развивающийся в последние годы. DOE обычно использует процесс микро-нано травления для формирования двумерного распределения дифракционных элементов, каждый дифракционный элемент может иметь определенную морфологию, показатель преломления и т. д., чтобы точно регулировать фазовое распределение лазерного волнового фронта. Лазер дифрагировал, пройдя через каждую дифракционную единицу, и интерферировал на определенном расстоянии (обычно бесконечность или фокальная плоскость линзы), формируя определенное распределение интенсивности света.

Рисунок 1: A) схематическое использование дифракционных оптических элементов; Б) Контур; C) Схема микроструктуры поверхности

После появления дифракционных оптических элементов в мощных лазерах, лазерной обработке, лазерном лечении, микроскопии, LiDAR, структурированном световом освещении, лазерных дисплеях и других областях, демонстрирующих огромный потенциал применения, его преимущества в основном заключаются в следующем:

1) Высокая эффективность. Точно спроектированная структура блока дифракции может гарантировать, что почти 100 процентов лазерной энергии проецируется на требуемый рисунок, а эффективность намного выше, чем у масок и других средств.

2) Простота в использовании. Дифракционные оптические элементы имеют очень малые размеры и вес и могут использоваться при вставке в оптический тракт. В большинстве случаев его можно использовать со стандартными объективами, полевыми зеркалами, микроскопическими объективами и т. д.

3) Гибкость. Благодаря быстрому развитию микро- и нанотехнологий обработки, DOE может быть настроен для различных лазеров или различных целевых распределений интенсивности/фазы света. В то же время структура светового пути приложения DOE очень проста, и можно использовать разные линзы для получения световых пятен разных геометрических размеров.

Поскольку это новый тип оптического устройства, необходимо понимать его характеристики при выборе/использовании дифракционных оптических элементов.

2. основные принципы выбора дифракционных оптических элементов.

В соответствии с различными вариантами использования DOE обычно можно разделить на формирование луча, разделение луча, структурированный свет, многофокусность, другое специальное генерирование луча и так далее. Каждая категория имеет разные принципы, дизайн и характеристики применения. В целом, перед выбором компонентов DOE необходимо принять во внимание следующие принципы:

1) Луч, генерируемый дифракционным оптическим элементом, не может нарушать закон распространения света; Построенное им конкретное распределение силы света может существовать только в пределах определенной глубины резкости. Следовательно, при использовании требуемая топография пятна, размер, рабочее расстояние, глубина резкости и т. Д. Иногда не могут быть и тем, и другим, и необходимо идти на компромиссы;

2) Дифракционные оптические элементы обычно проектируются в соответствии с длиной волны лазера, апертурой луча, модой луча (M2) и распределением интенсивности ближнего поля, поэтому перед выбором эти параметры следует измерить более точно. Несоответствие между параметрами использования и параметрами дизайна приведет к плохому эффекту использования или даже к неиспользованию;

3) дифракционные оптические элементы чувствительны к углу падения света и требуют большей точности и стабильности регулировки оптического пути;

4) Большинство дифракционных оптических элементов точно регулируют фазу волнового фронта падающего лазера, поэтому другие компоненты на оптическом пути, такие как инверсная/передающая линза, линза и т. д., должны использовать высокоточные и низковолновые разностные устройства, в противном случае это повлияет на конечный эффект;

5) Как и в случае с обычными передающими оптическими элементами, в соответствии с требованиями различных длин волн и интенсивности лазера, дифракционные оптические элементы могут быть изготовлены из кварца, стекла, драгоценных камней, пластмасс и смол, ZnSe и других инфракрасных материалов, а также могут быть покрыты антибликовая пленка.

3. Лучеобразующий элемент

Формирование луча с помощью DOE может обеспечить заданную форму пятна (квадрат, многоугольник, полоса, кольцо, круг и т. д.) и распределение энергии (например, плоская вершина, гауссово, кольцевое, М-образное и т. д.) на рабочей поверхности.

1) Генератор цилиндров

Распределение с плоской вершиной используется в различных областях, таких как лазерная медицина, лазерная обработка, обработка поверхности и т. д. Генераторы пучка с плоской вершиной могут преобразовывать лазеры с одной поперечной модой (распределение Гаусса, M2< 1.3) Transform into a circular, square, strip, and other uniform light intensity and clear edge distribution.

① Особенности генератора плоского луча:

· Подходит для одного поперечного гауссова луча, M2 < 1,3;

· Генератор с плоской вершиной дает наилучший эффект при размещении на перетяжке гауссова пучка;

· Генератор с плоским верхом не может давать пятна с масштабом меньше дифракционного предела, обычно в 1,5-5 раз превышающего дифракционный предел;

· При использовании генератора с плоской вершиной оптический элемент требует малой разности волн, а эффективная апертура должна быть более чем в два раза больше диаметра перетяжки падающего луча, предпочтительно в 2,5 раза;

· Форму целевого луча и распределение интенсивности можно поддерживать только в пределах определенного диапазона расстояний, обычно половины размера пятна;

· Чувствителен к диаметру падающего света, центральному положению падающего света, углу падения и т. д.

② Основные области применения генератора плоского луча:

· Лазерная обработка и обработка: микроотверстие, сверление, сварка, резка, маркировка, коррозия

· Медицина и красота

· Лазерный дисплей

· Маркировка и печать.

2) Оптический диффузор/гомогенизатор

Гомогенизатор пучка также может производить различные формы и равномерное распределение энергии (или специфическое распределение) световых пятен. В отличие от генератора луча с плоской вершиной, который превращает гауссовский пучок в распределение с плоской вершиной, гомогенизатор луча гомогенизирует неоднородные и неравномерно распределенные пятна. Генератор плоского верхнего луча для одномодового (M2< 1.3) Laser use, beam homogenizer for multi-mode laser homogenization effect is better.

Гомогенизаторы луча обычно используют «угол диффузии» для характеристики расходимости коллимированного луча после прохождения через устройство. Объективы с разным фокусным расстоянием можно выбрать для достижения разных площадей проецирования.

①Используйте характеристики гомогенизатора луча:

· Нечувствителен к вертикальному размещению и боковому отклонению;

· отклонение угла падения приведет к незначительному увеличению нулевого порядка;

· Нечувствительность к размеру и поляризации падающего света; Отсутствие особых требований к качеству оптических компонентов;

· Эффект гомогенизации одномодового лазера с малым M2 не очень хорош, и есть интерференционные полосы, но край узора четкий; Эффект гомогенизации многомодового лазера с большим значением M2 очень хороший, но края слегка размыты.

ИНЖИР. Гомогенизирующий эффект гомогенизатора пучка на одномодовом (слева) и многомодовом (справа) лазере

Для требований гомогенизации одномодового лазера обычно рекомендуется использовать генератор с плоской вершиной, в случае, если генератор с плоской вершиной не может быть использован (например, пятно M2 маленькое, но распределение интенсивности неравномерное).

②Основные области применения лучевого гомогенизатора:

· Гомогенизация и формирование интенсивности лазерного излучения

· Обработка и обработка: сверление, плавка, маркировка, маркировка, сварка

· Медицинская красота

· Формирование луча эксимерного лазера

· Подавление тепловых пятен

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.