Componente optice difractiveDOE Pentru prelucrarea materialelor cu laser, medical

Componente optice difractive

Componente optice difractive (DOEUtilizarea unui design microstructural pentru a schimba faza luminii pe care o răspândește. O microstructură a suprafeței originale cu difirație optică de proiectare rațională permite ieșirea oricărei lumini care se potrivește distribuției intense a luminii proiectate atunci când se introduce o anumită lumină.DOETehnologia realizează multe funcții și operații de lumină care nu sunt realizabile în sistemele optice convenționale. În multe aplicații, aceste tehnologii îmbunătățesc în mod semnificativ performanța sistemului. Soluția optică de difrație are numeroase avantaje, cum ar fi: eficiență ridicată, precizie ridicată, dimensiuni mici, greutate redusă și, cel mai important, este flexibilă pentru a satisface o gamă largă de cerințe diferite de aplicații.

DOEProduse: Divizori de fascicule și formatoare de fascicule.

Divizor de fasciculeDOEEste utilizat pentru împărțirea unui singur fascicul laser în mai multe fascicule, fiecare având aceleași proprietăți ca fasciculul de intrare (cu excepția puterii și unghiului de răspândire). În funcție de modelul de difrație al splitterului,Divizorul poate produce1matrice de fascicule de lumină (1×Nsau2Matrița fasciculului (M×N). DivizorulDOEDe asemenea, fasciculul de lumină intrantă poate fi împărțit în grupuri cu distribuții diferite de pete, cum ar fi cercuri, modele aleatorii, matrice hexagonale etc. Separatorul de fascicule trebuie să fie utilizat împreună cu lumina monocromatică (de exemplu fascicul laser), iar diferitele separatoare de fascicule au lungimi de undă specifice și unghiuri de separare între fascicul de ieșire și un fascicul specific.

Întregul fascicul de lumină poate transforma fasciculul Gaussian aproape pe suprafața de lucru într-un fascicul de lumină uniform de formă rotundă, dreptunghiulară, pătrată și liniară, cu conturi marginale (distribuția intensității luminii). Foarte clar, în același timp, modelatorul de fascicule poate obține o distribuție uniformă a intensității de ieșire, permițând prelucrării cu laser să trateze suprafețele în mod uniform pentru a preveni supraexpunerea sau subexpunerea unei anumite zone. În plus, petele au o zonă de tranziție abruptă, formând astfel o graniță clară între zona tratată și zona netratată. Seria de formatoare de fascicul include equalizatoare,top-hat, lentile spirale (plăci cu fază spirală) și conice cu axe de difrație.

DOEAplicații tipice

Pe măsură ce puterea laserului crește, este posibil ca multe componente optice ale utilizatorilor sistemelor integrate să nu poată suporta laserele de înaltă putere. Prin urmare, pragul de deteriorare indusă de laser (LIDTsauLDTParametrii devin un factor important în alegerea componentelor optice. Pragul ridicat de deteriorare a componentelor optice difractive le face ideale pentru sisteme industriale și aplicații de înaltă putere. Aplicațiile de prelucrare a materialelor cu laser și cosmetica medicală bazată pe laser necesită lasere de înaltă putere.

diagramă1Diferite distribuții ale spoturilor de la stânga la dreapta:5×5matrice, aleatoare, matrice hexagonală, rotundă

diagramă2Rezultatele diferitelor forme de fascicul de lumină, de la stânga la dreapta: homogen, lumină plată, lentile vortex și prisme difractive

Aplicația componentelor optice difraționale în aplicațiile de prelucrare a materialelor cu laser

Recent, dezvoltarea de noi sisteme laser pentru nevoile industriale a crescut. Multe procese noi au fost dezvoltate și multe dintre procesele de prelucrare tradiționale au fost înlocuite de procesele de prelucrare cu laser. Prelucrarea materialelor cu laser reprezintă o parte mare a întregii piețe laser,DOEjoacă un rol important în furnizarea de formare a fasciculului laser pentru procesul de adaptare. Tehnologiile de formare și uniformizare a fasciculului laser sunt pași esențiali pentru optimizarea multor aplicații de prelucrare a materialelor cu laser.DOESe utilizează de obicei în sistemele de erozie laser și de prelucrare cu laser, foraj cu laser, tăiere cu laser și alte prelucrări pentru a forma structuri mici caracteristici pe suprafață.

DOETratamente de frumusețe bazate pe laser

Pe măsură ce utilizarea tehnologiei laser devine un instrument tot mai indispensabil în domeniul medical, capacitatea de a controla ieșirea laser devine din ce în ce mai importantă.DOEOferă o soluție unică care permite fasciculului să funcționeze în mai multe moduri, menținând în același timp ușurința componentelor. Tratamentul de frumusețe utilizează de obicei un laser de înaltă putere. Laserul necesită o expunere uniformă și precisă la lumină, cu margini ascuțite precise și eficiență ridicată. Aceasta este soluția ideală pentru modelarea fasciculului cu ajutorul dispozitivelor optice difractive.DOEEste adesea folosit pentru depărtarea cu laser a părului, îndepărtarea cu laser a tatuajelor, repararea pielii, regenerarea pielii și multe altele.

Componente optice de difractie - splitter

Principiul de funcționare al divizorului este foarte simplu. În funcție de cerințele de sistem ale clientului, de la fascicul de intrare recto, fascicul de ieșire la unghiul de separare de la separatorDOEIeși afară, unghiul de separare este înDOEUnghiul determinat în timpul proiectării și separarea este foarte precis (eroare)<0.03mRad). Separarea razelor de lumină este concepută pentru câmpurile îndepărtate. Prin urmare, cu lumina înDOEDupă ce continuă să se răspândească, ele devin mai clare.

diagramă3DivizorulDOESetările de bază,EFL =distanță focală eficientă,m =Numărul de puncte multiple (puncte), θs=unghiul de separare între două focale,d = 2Distanţa dintre puncte de focalizare (focalizare), θf= Întregul colţ,D =Lungimea matricii de puncte de lumină

diagramă4 1×6Multi-punct de răspândire în mediu de dispersie

Patrele multiple generate cu "gradul zero" nu sunt difractate și fasciculul de lumină respectă legile reflectării și refracției. Pentru un splitter standard cu un număr nepar de fascicule, unghiul de separare este numărul de ordine+1și numărul de grade0Între unghiuri (0lumină dorită). Pentru un separator standard cu un număr par de fascicule, unghiul de separare este+1clasă și-1Unghiul dintre trepte (treptele zero nu sunt fasciculul necesar).

Componente optice difractive - utilizareDOEFormarea fasciculului

Formatorul de fascicul difractiv este un element de fază care transformă fasciculul de intrare gaussian într-o pată uniformă cu margini ascuțite la o anumită distanță de lucru. Fiecare modelator de fascicul poate fi utilizat numai în anumite condiții optice, adică un set unic de parametri ai sistemului optic: lungime de undă, dimensiunea fasciculului de intrare, distanța de lucru și dimensiunea petei de ieșire.

Setările cele mai de bază în aplicațiile de formare a fasciculului includ laserul, componentele de formare a fasciculului de difrație și suprafața care urmează să fie tratată.

Formator de fascicule cu vârf plat

Rectificatorul de fascicul cu capuletă este utilizat pentru a transforma fasciculul laser cu intrare gaussiană în pete de intensitate uniformă de formă rotundă, dreptunghială, pătrată, liniară sau altă, cu margini ascuțite de înaltă calitate în un anumit plan de lucru. Pentru a obține performanțe de înaltă calitate a formatorului de fascicul de lumină, ieșirea laser ar trebui să fie monomodul (TEM00），M2Valoare<1.3Şi.

Un rectificator de fascicul permite lăsarea unor pete luminoase uniforme pe suprafața obiectului care urmează să fie tratat și previne suprafața unei zone specifice de supraexpunere sau subexpunere. În plus, punctul se caracterizează prin o zonă de tranziție ascuțită, care formează o graniță clară între zona tratată și zona netratată. Formatorul de fascicule cu capac de vârf are o eficiență ridicată (de obicei> 95uniformitate excelentă (de obicei ±5(%) zona de tranziție abruptă și prag ridicat de deteriorare laser. În plus, modelatorul de fascicul cu capuță superioară este sensibil la dimensiunea fasciculului de intrare, distanța de lucru și deplasarea componentelor. vârf platDOEEste adesea utilizat pentru aplicații de prelucrare a materialelor cu laser (erozie cu laser, tăiere cu laser, găurare cu laser), tratament estetic (tatuaj și depilare), aplicații științifice (citologie de flux) și multe altele.

Homogenizator - rectificator de fascicule

Equalizator opticDOETransformarea fasciculului de intrare mono- sau multimodul în fascicul de ieșire bine definit, caracterizat prin forma dorită și intensitatea uniformă a plafonului plat. Cele mai frecvente forme obținute de difuzor sunt rotunde, pătrate, dreptunghiulare, eliptice și hexagonale. În același timp, imaginile pot fi proiectate în aproape orice formă. Margiile fasciculului difuzat sunt, de obicei, abrupte și determinabile. Raportul dintre unghiul de difuzie de intrare și unghiul de difuzie al egalizatorului determină raportul dintre zona de tranziție și zona de uniformizare a fasciculului de ieșire. Pentru a atinge o distribuire ideală a intensității fasciculului în câmpul îndepărtat sau în planul focal,DOEHomogenizatorul împarte lumina intrată într-o direcție semi-aleatorie în direcția aleatorie a jumătății câmpului. Această metodă permite proiectarea unor componente capabile să genereze forme arbitrare, cu unghi și dimensiuni precise de ieșire în condiții de intensitate uniformă a luminii. Performanța difuzorului depinde în mare măsură de parametrii fasciculului de intrare, în plus, prin utilizarea de înaltăM2Fasciculul de intrare poate obține o uniformitate mai mare (figura7). Formatorul de fascicul homogenizator nu este sensibil la dimensiunea fasciculului, deplasarea și înclinarea componentelor. Oferă un prag ridicat de deteriorare laser, în timp ce uniformitatea și eficiența variază în funcție de proiectare. HomogenizatorDOEUtilizat de obicei în aplicații de prelucrare a materialelor cu laser (sudură cu laser, lipire cu laser), tratament estetic (tatuaj)/Depilarea părului, profilul corpului) și așa mai departe.

diagramă5Formator de fasciculeDOESetările de bază,d =Dimensiuni de formare,D =Diametrul fasciculului,EFL =Distanţa focală eficientă.

diagramă6Distribuția puterii pălăriei, stânga: pătrată, dreapta: rotundă

diagramă7Performanța homogenului în bazaM2Schimbare, stânga:M2 = 1În dreapta:M2 = 10 diagramă8Lentilă turbulentăDOEFaza scărilor

Componente optice difractive - fotograme spirale

Lentilă turbulentăDOETransformă distribuția de intrare gaussiană într-un inel de energie circular. Placa de fază spirală este un element optic unic, structură compusă în întregime din fază spirală sau spirală, care are ca scop controlul fazei fasciculului transmis. Adâncimea totală de etaj de la partea de sus la partea de jos a "scării" este o funcție a lungimii de undă și a indicilor optici ai substratului proiectat. În condiții generale, adâncimea are același grad de cantitate ca și lungimea de undă proiectată. Prin urmare, fiecare turbofază este specifică lungimii de undă. Vortexul optic necesită un singur mod de intrare recto (TEM00Gauss introduce fasciculul de lumină și îl transformă înTEM01Modelul de simetrie axală.

Utilizarea unui diametru mai mare al fasciculului de intrare are două avantaje evidente. În primul rând, fasciculul mai mare reduce ușor perechea de ieșire.DOESensibilitatea toleranței. În al doilea rând, diametrul mai mare al fasciculului de intrare va fi capabil să genereze puncte mai mici de flux vortex, ceea ce este de obicei rezultatul dorit în multe aplicații. Obiectivele cu eficiență ridicată (de obicei> 90% și un prag mai scăzut de deteriorare. Are o sensibilitate la deplasarea și rotația componentelor. Lentilă turbulentăDOEUtilizat în mod obișnuit în aplicații de prelucrare a materialelor (sudură), comunicații optice (conversie și generare a modurilor optice), aplicații științifice (STEDmicroscop, pinţetă optică etc.

Rezumatul:

În ultimii ani, componentele optice difractive au devenit o tehnologie matură și utilizată pe scară largă.DOETehnologia este aplicată în principal la formarea și divizarea fasciculului de lumină. Este aplicat în principal în aplicații de prelucrare a materialelor laser, aplicații medicale și științifice și are o piață mare, care reprezintă o parte mare a întregii piețe de aplicații laser. Datorită creșterii continuă a puterii laser și cerințelor stricte privind precizia,DOEPragul ridicat de deteriorare laser și caracteristicile de înaltă precizie îl fac o soluție eficientă pentru soluționarea problemelor aplicațiilor laser.