Componenti ottici diffractiviDOE Per la lavorazione dei materiali laser, medicina ed estetica

Componenti ottici diffractivi

Componenti ottici diffractivi (DOEUtilizzando la progettazione microstrutturale per cambiare la fase della luce che diffonde. La microstruttura della superficie originale di diffrazione ottica di progettazione ragionevole consente di emettere qualsiasi luce conforme alla distribuzione di intensità della luce progettata quando viene immessa una luce specifica.DOELa tecnologia consente molte funzioni e operazioni di luce che non sono fattibili nei sistemi ottici tradizionali. In molte applicazioni, queste tecnologie migliorano notevolmente le prestazioni del sistema. Le soluzioni ottiche diffractive hanno molti vantaggi, come ad esempio: alta efficienza, alta precisione, piccole dimensioni, basso peso e, soprattutto, è flessibile per soddisfare una varietà di esigenze di applicazioni diverse.

DOEProdotti: divisori di fascio e formatori di fascio.

Divisore di fascioDOEViene utilizzato per dividere un singolo fascio laser in diversi fasci, ciascuno con le stesse caratteristiche del fascio di ingresso (ad eccezione della potenza e dell'angolo di diffusione). Secondo il modello di diffrazione del divisore,Il divisore può produrre1Array di fasci di luce (1×No2matrice di fascio di luce (M×Ndi). DivisoreDOEI fasci di luce che entrano possono anche essere suddivisi in diverse distribuzioni di macchie, come circolari, modelli casuali, matrici esagonali, ecc. I separatori di fascio devono essere utilizzati in combinazione con la luce monocolore (ad esempio un fascio laser) e i diversi separatori di fascio hanno una lunghezza d'onda specifica e un angolo di separazione tra un fascio di uscita specifico.

Il fascio di luce è in grado di trasformare un fascio di luce quasi gaussiano sulla superficie di lavoro in un fascio di luce uniforme di forma circolare, rettangolare, quadrata e lineare, con contorni marginali (distribuzione dell'intensità della luce). Molto chiaro, il profilatore di fascio consente una distribuzione uniforme dell'intensità di uscita, consentendo alla lavorazione laser di trattare la superficie in modo uniforme, evitando l'esposizione eccessiva o insufficiente di una determinata area. Inoltre, le macchie hanno aree di transizione ripide che creano un chiaro confine tra le aree trattate e quelle non trattate. La serie di formatori di fascio comprende equalizzatori,top-hat, lente a vortice (piastra a fase a spirale) e conoscopia a asse di diffrazione.

DOELe applicazioni tipiche

Con l'aumento della potenza del laser, molti componenti ottici dell'utente dei sistemi integrati potrebbero non essere in grado di sopportare i laser ad alta potenza. Pertanto, la soglia di danno indotto dal laser (LIDToppureLDTI parametri diventano un fattore importante nella scelta dei componenti ottici. Le elevate soglie di danno dei componenti ottici diffractivi lo rendono ideale per sistemi industriali e applicazioni ad alta potenza. Le applicazioni di lavorazione dei materiali laser e la bellezza medica basata sul laser richiedono laser ad alta potenza.

Grafico1Differenti splitter di distribuzione della macchia, da sinistra a destra:5×5Array, casuale, matrice esagonale, circolare

Grafico2Risultati di diverse forme di fascio, da sinistra a destra: omogeneizzatore, luce piatta, vortice e prisma di diffrazione

Applicazione di componenti ottici diffractivi nelle applicazioni di lavorazione dei materiali laser

Recentemente, lo sviluppo di nuovi sistemi laser per le esigenze industriali è aumentato. Molti nuovi processi sono stati sviluppati e molti dei processi di lavorazione tradizionali sono stati sostituiti dal processo di lavorazione laser. La lavorazione dei materiali laser rappresenta una grande parte dell'intero mercato laser,DOEGioca un ruolo importante nella fornitura di un processo adattativo di formatura del fascio laser. Le tecnologie di formatura e omogeneizzazione del fascio laser sono passi essenziali per ottimizzare molte applicazioni di lavorazione dei materiali laser.DOESolitamente utilizzato per corrosione laser e sistemi di lavorazione laser, foratura laser, taglio laser e altre lavorazioni per formare piccole strutture caratteristiche sulla superficie.

DOETrattamenti di bellezza basati su laser

Mentre l'uso della tecnologia laser diventa uno strumento sempre più indispensabile nel campo della medicina e dell'estetica, la capacità di controllare l'output laser diventa sempre più importante.DOEOffre una soluzione unica che consente al fascio di operare in diversi modi, mantenendo al contempo la leggerezza dei componenti. I trattamenti di bellezza di solito utilizzano laser ad alta potenza. Il laser richiede un'esposizione alla luce uniforme e precisa, con bordi affilati precisi e al tempo stesso un'alta efficienza. Questa è la soluzione ideale per la deformazione del fascio con dispositivi ottici diffractivi.DOESpesso utilizzato per la depilazione laser, rimozione del tatuaggio laser, riparazione della pelle, rigenerazione della pelle e così via.

Componenti ottici diffractivi - splitter

Il principio di funzionamento del splitter è molto semplice. In base alle esigenze di sistema del cliente, il fascio di ingresso lineare, il fascio di uscita con l'angolo di separazione dal splitterDOEFuori, l'angolo di separazione èDOEdeterminato durante la progettazione e l'angolo di separazione è molto preciso (errore<0.03mRaddi). La separazione dei fasci di luce è progettata per i campi lontani. Quindi, con il raggio di luceDOEDopo che continuano a diffondersi, diventano più chiari.

Grafico3splitterDOEImpostazioni di base,EFL =lunghezza focale effettiva,m =l'ordine dei punti multipli (punti), θs=angolo di separazione tra due punti focali,d = 2la distanza (spaziatura) tra i punti focali, θf= Angolo pieno,D =La lunghezza della matrice di punti luminosi

picture4 1×6Punti multipli si propagano nei media dispersivi

Il multi spot generato con "ordine zero" non diffratta e il fascio segue le leggi di riflessione e rifrazione. Per uno splitter standard con un numero dispari di fasci, l'angolo di separazione è di ordine+1E ordine0L'angolo tra di loro (ordine)0È il fascio di luce previsto. Per uno splitter standard con un numero pari di fasci, l'angolo di separazione è+1Passo e-1L'angolo tra ordini (ordine zero non è il fascio desiderato).

Diffrazione Elementi ottici - UsoDOEForma del fascio

Uno shaper del fascio di diffrazione è un elemento di fase che converte un fascio di ingresso gaussiano in un punto uniforme con bordi taglienti ad una distanza di lavoro specifica. Ogni formatore del fascio può essere utilizzato solo in condizioni ottiche specifiche, che è un insieme unico di parametri ottici del sistema: lunghezza d'onda, dimensione del fascio di ingresso, distanza di lavoro e dimensione del punto di uscita.

Le impostazioni più basilari nelle applicazioni dello shaper del fascio includono laser, componenti dello shaper del fascio diffrattivo e superfici da elaborare.

Formatore a fascio piatto

Lo shaper del fascio top hat è utilizzato per convertire un raggio laser incidente quasi gaussiano in un punto di intensità uniforme di forme circolari, rettangolari, quadrate, lineari o di altre forme, con bordi taglienti di alta qualità in un piano di lavoro specifico. Per raggiungere la prestazione dello shaper del fascio di alta qualità, l'uscita del laser dovrebbe essere monomodale (TEM00），M2prezzo<1.3.

Utilizzando uno shaper del fascio, è possibile lasciare macchie luminose uniformi sulla superficie dell'oggetto da lavorare e prevenire aree specifiche di sovraesposizione o sottoesposizione sulla superficie. Inoltre, la caratteristica di questo punto è l'area di transizione tagliente, che forma un chiaro confine tra l'area trattata e l'area non trattata. Lo shaper del fascio del cappello superiore ha alta efficienza (solitamente)> 95%Uniformità eccellente (solitamente ±)5%Zona di transizione ripida e soglia di danno laser elevata. Inoltre, lo shaper del fascio del cappello superiore è sensibile alla dimensione del fascio di ingresso, alla distanza di lavoro e allo spostamento del componente. flattopDOESolitamente utilizzato per applicazioni di lavorazione dei materiali laser (erosione laser, taglio laser, foratura laser), trattamento estetico (tatuaggio e depilazione), applicazioni scientifiche (citologia a flusso) e molto altro ancora.

Homogenizzatore - deformatore di fascio

Equalizzatore otticoDOETrasforma un fascio di ingresso mono o multimodo in un fascio di uscita ben definito, caratterizzato dalla forma desiderata e dall'intensità uniforme del tetto piatto. Le forme più comuni ottenute dal diffusore sono circolare, quadrato, rettangolare, ovale e esagonale. Allo stesso tempo, è possibile progettare immagini di quasi qualsiasi forma. I bordi del fascio diffuso sono di solito ripidi determinabili. Il rapporto tra l'angolo di diffusione di ingresso e l'angolo di diffusione dell'equalizzatore determina il rapporto tra l'area di transizione e l'area di uniformizzazione del fascio di uscita. Per raggiungere la distribuzione ideale dell'intensità del fascio di luce nel campo lontano o nel piano focale,DOEL'homogenizzatore divide la luce entrante in una direzione semicasuale in una direzione semicasuale. Questo metodo consente di progettare componenti in grado di produrre forme arbitrarie con angoli di uscita precisi e dimensioni in condizioni di intensità luminosa uniforme. Le prestazioni del diffusore dipendono in gran parte dai parametri del fascio di ingresso, inoltre, utilizzandoM2Il fascio di ingresso consente una maggiore uniformità (figura7di). I formatori di fascio omogeneizzatori non sono sensibili alle dimensioni del fascio, agli spostamenti e all'inclinazione dei componenti. Fornisce soglie elevate di danno laser, mentre l'uniformità e l'efficienza variano con la progettazione. omogeneizzatoreDOESolitamente utilizzato per applicazioni di lavorazione dei materiali laser (saldatura laser, saldatura laser), trattamento estetico (tatuaggio)/depilazione, contorno del corpo) e così via.

Grafico5Formatore di fascioDOEimpostazioni di base,d =dimensioni della macchia,D =diametro del fascio,EFL =Distanza focale efficace.

Grafico6Distribuzione della forza del cappello, sinistra: quadrato, destra: rotondo

Grafico7Prestazioni dell'omogeneizzatore in baseM2Cambiamento a sinistra:M2 = 1A destra:M2 = 10 Grafico8Lenti a vorticeDOEFase delle scale

Componenti ottici di diffrazione - fase a spirale

Lenti a vorticeDOEConverte la distribuzione di ingresso gaussiana in anelli di energia circolari. La scheda a fase a spirale è un elemento ottico unico, la cui struttura è composta interamente da una fase a spirale o a spirale, con lo scopo di controllare la fase del fascio trasmesso. La profondità totale di incisione dalla parte superiore alla parte inferiore della "scala" è una funzione della lunghezza d'onda progettata e dell'indice ottico del substrato. In condizioni generali, la profondità è uguale alla lunghezza d'onda progettata. Pertanto, ogni tavola turbina è specifica della lunghezza d'onda. Il vortice ottico richiede l'ingresso di un unico modo retto (TEM00Gauss inserisce il fascio di luce e lo converte inTEM01Modalità assimetrica.

L'uso di un diametro di fascio di ingresso più grande ha due vantaggi evidenti. Innanzitutto, il fascio più grande riduce leggermente la coppia di uscitaDOESensibilità della tolleranza. In secondo luogo, un diametro di fascio di ingresso più grande sarà in grado di generare punti di flusso vortice più piccoli, che sono spesso il risultato desiderato in molte applicazioni. Le lenti turbine hanno un'alta efficienza (di solito> 90percentuale) e una soglia di danno inferiore. Ha una sensibilità al spostamento e alla rotazione dei componenti. Lenti a vorticeDOESolitamente utilizzato per applicazioni di lavorazione dei materiali (saldatura), comunicazione ottica (conversione e generazione di modelli ottici), applicazioni scientifiche (STEDmicroscopio, pinze ottiche) e così via.

Riassunto:

Negli ultimi anni, i componenti ottici diffractivi sono diventati una tecnologia matura e ampiamente utilizzata.DOELa tecnologia è applicata principalmente alla formazione e alla divisione del fascio. Si applica principalmente alle applicazioni di lavorazione dei materiali laser, applicazioni mediche ed estetiche e scientifiche e ha un grande mercato che rappresenta una grande parte dell'intero mercato delle applicazioni laser. A causa del costante miglioramento della potenza del laser e dei costanti requisiti di precisione,DOELe elevate soglie di danno laser e le caratteristiche di alta precisione lo rendono una soluzione efficace per risolvere i problemi delle applicazioni laser.