Дифракционный оптический элементDOE Для лазерной обработки материалов, медицинской красоты

Дифракционный оптический элемент

Оптические элементы (DOEИспользуйте микроструктурный дизайн для изменения фазы света, который он распространяет. Разумно спроектированная оптическая дифракция микроструктуры исходной поверхности позволяет при вводе определенного света выводить любой свет, соответствующий заданному распределению силы света.DOEТехнология реализует многие функции и световые операции, которые традиционные оптические системы не работают. Во многих приложениях эти технологии значительно улучшают производительность системы. Дифракционная оптическая схема имеет много преимуществ, таких как: высокая эффективность, высокая точность, малые размеры, низкий вес и, самое главное, ее гибкость для удовлетворения различных требований применения.

DOEПродукция: Распределитель пучка и формирователь пучка.

Разделитель лучаDOEИспользуется для разделения отдельных лазерных лучей на несколько лучей, каждый из которых имеет те же характеристики, что и падающий луч (за исключением мощности и угла распространения). По дифракционному рисунку пучка,Разделитель может производить1Световой (1ХN) или2Световая матрица (MХNВ)). Разделитель пучкаDOEТакже можно разделить падающий луч на различные распределения пятна, такие как круглая, случайная картина, шестиугольная решетка и так далее. Разделители лучей должны использоваться вместе с монохроматическим светом (например, лазерным лучом), и различные разделители лучей имеют определенную длину волны и угол разделения между определенным выходным лучом.

Целый луч способен преобразовывать окологауссовый луч в круглый, прямоугольный, квадратный и линейный однородный луч на рабочей поверхности с контуром края (распределение силы света). Очень четко, в то время как формирователь луча может достичь равномерного распределения выходной прочности, так что лазерная обработка может равномерно обрабатывать поверхность, предотвращая чрезмерную экспозицию или недостаточную экспозицию в определенной области. Кроме того, пятна имеют крутые переходные области, которые образуют четкую границу между обрабатываемыми и необработанными областями. Серия формирователей луча включает гомогенизаторы,top-hatВихревые линзы (спиральные фазовые пластины) и конусы дифракционных осей.

DOEТипичное применение

По мере того, как мощность лазера продолжает расти, пользовательские оптические компоненты многих интегрированных систем могут не выдерживать мощных лазеров. Порог повреждения, вызванный лазером (LIDTИлиLDTПараметры становятся важным фактором при выборе оптических элементов. Высокий порог повреждения дифракционных оптических элементов делает их идеальным выбором для высокомощных промышленных систем и приложений. Применение лазерной обработки материалов и лазерная медицинская косметика (медицинская красота) требуют мощных лазеров.

Диаграмма1Распределение световых пятен в разных пучках слева направо:5Х5Матрицы, случайные, шестиугольные, круглые

Диаграмма2Результат различных форм луча, слева направо: гомогенизатор, плоский верхний свет, вихревые линзы и дифракционные призмы

Применение дифракционных оптических элементов в лазерной обработке материалов

В последнее время расширилась разработка новых лазерных систем для промышленных нужд. Было разработано много новых процессов, многие традиционные процессы были заменены лазерной обработкой. Лазерная обработка материалов составляет значительную часть рынка лазеров,DOEВажную роль играет формирование лазерного луча, обеспечивающего адаптивный процесс. Технология формирования и гомогенизации лазерного луча является необходимым шагом для оптимизации многих применений для обработки лазерных материалов.DOEОбычно используется для лазерной абляции и лазерных систем обработки, лазерного бурения, лазерной резки и других процессов для формирования небольших характерных структур на поверхности.

DOEЛечение красоты на основе лазера

Поскольку использование лазерных технологий становится все более незаменимым инструментом в области медицины и красоты, способность контролировать выход лазера становится все более важной.DOEЭто уникальное решение, которое позволяет лучам работать несколькими способами, сохраняя при этом легкость элементов. Косметическая терапия обычно использует мощный лазер. Требуется равномерная и точная экспозиция света лазером с точными острыми краями и высокой эффективностью. Это идеальное решение для формирования луча с использованием дифракционной оптики.DOEЧасто используется для лазерной эпиляции, удаления лазерной татуировки, восстановления кожи, регенерации кожи и так далее.

Дифракционный оптический элемент - спектрометр

Принцип работы устройства очень прост. В соответствии с системными требованиями клиента, Введите луч прямо, а выходной луч под углом разделения от распределителя лучаDOEВыходите, угол разделения вDOEОпределён во время проектирования и угол разделения очень точный (ошибка)<0.03mRadВ)). Разделение лучей предназначено для дальнего поля. Таким образом, с лучом светаDOEПосле дальнейшего распространения они становятся более четкими.

Диаграмма3Разделитель пучкаDOEОсновные настройки,EFL =Эффективное фокусное расстояние,m =Многоточечное число порядков (точек), θs=Угол разделения между двумя фокусами,d = 2Расстояние между фокусами (интервал), θf= Весь угол,D =Длина массива оптических точек

ДиаграммаЧетыре, один.Х6Многоточечное распространение в дисперсионной среде

Созданные многолучевые пятна с нулевым уровнем не имеют дифракции и лучи соответствуют законам отражения и преломления. Для стандартного делителя лучей с нечетными лучами угол разделения - порядок.+1Порядок суммирования0Углы между (порядками)0Это ожидаемый луч). Для стандартного распределителя лучей с четным числом лучей угол разделения+1сумма порядка-1Угол между ступенями (нулевой порядок не является необходимым лучом).

Дифракционные оптические элементы - использованиеDOEФормирование луча

Форматор дифракционного луча представляет собой фазовый элемент, который преобразует входной луч Гаусса в однородное пятно с острыми краями на определенном рабочем расстоянии. Каждый формирователь луча может использоваться только в определенных оптических условиях, то есть набор уникальных параметров оптической системы: длина волны, размер входного луча, рабочее расстояние и размер выходного пятна.

Основные параметры применения формирователя луча включают лазеры, элементы формирования дифракционного луча и обрабатываемые поверхности.

формирователь пучка с плоской крышей

Пластический луч верхней крышки используется для преобразования почти гауссовых падающих лазерных лучей в круглые, прямоугольные, квадратные, линейные или другие формы равномерно интенсивных пятен с высоким качеством острых краев в конкретной рабочей плоскости. Для получения высококачественных характеристик формирователя луча лазерный выход должен быть одномодовым (TEM00),M2Значение< 1.3А.

С помощью формирователя луча можно оставлять равномерные световые пятна на поверхности обрабатываемого объекта и предотвращать чрезмерную или недостаточную экспозицию в определенной области на поверхности. Кроме того, пятно характеризуется острой переходной областью, которая образует четкую границу между обрабатываемой и необработанной областями. Устройство для формирования луча крышки имеет высокую эффективность (обычно> 95%), отличная однородность (обычно ±5%), крутые переходные зоны и высокий порог лазерного повреждения. Кроме того, формирователь луча с верхней крышкой чувствителен к входному размеру луча, рабочему расстоянию и смещению элемента. плоская крышаDOEОбычно используется для применения лазерной обработки материалов (лазерная абляция, лазерная резка, лазерное бурение скважин), эстетической обработки (татуировки и эпиляция), научного применения (потоковая клеточная хирургия) и так далее.

Асимметризатор - формирователь луча

Оптический выравнивательDOEПреобразование одномодового или многомодового входного луча в четко определенный выходной луч характеризуется желаемой формой и однородной прочностью плоской крыши. Наиболее распространенные диффузоры получают формы круглые, квадратные, прямоугольные, эллиптические и шестиугольные. В то же время можно проектировать изображения практически любой формы. Границы рассеянного луча обычно крутые и поддающиеся определению. Соотношение между входным углом рассеяния и углом диффузии гомогенизатора определяет отношение переходной области к зоне гомогенизации выходного луча. Чтобы достичь оптимального распределения интенсивности луча в дальнем поле или фокальной плоскости,DOEАсимметризатор распределяет падающий свет в полуслучайном направлении в полуслучайном направлении. Этот метод позволяет проектировать элементы, способные генерировать любую форму с точным углом выхода и размером при равномерной интенсивности света. Производительность диффузора в значительной степени зависит от параметров падающего луча, кроме того, за счет использования высокихM2Входной луч может обеспечить более высокую однородность (диаграмма)7В)). Формировщик однородных лучей не чувствителен к размеру луча, смещению и наклону элемента. Он обеспечивает высокий порог лазерного повреждения, в то время как однородность и эффективность изменяются в зависимости от конструкции. гомогенизаторDOEОбычно используется для применения лазерной обработки материалов (лазерная сварка, лазерная пайка), эстетической обработки (татуировки)/Ошелушивание, контур тела) и т.д.

Диаграмма5формирователь лучаDOEОсновные настройки,d =Формирование размеров пятна,D =Диаметр луча,EFL =Эффективное фокусное расстояние.

Диаграмма6Распределение прочности верхней шапки, слева: квадрат, справа: круглая

Диаграмма7Свойства гомогенизатора основаныM2Изменения, слева:M2 = 1И, справа:M2 = 10 Диаграмма8Вихревая линзаDOEступенчатая фаза

Дифракционный оптический элемент - спиральный фотоэлемент

Вихревая линзаDOEПреобразовать распределение входов Гаусса в кольцевое энергетическое кольцо. Спиральная фазовая пластина представляет собой уникальный оптический элемент, структура которого полностью состоит из спиральной или спиральной фазы и предназначена для управления фазой пропускающего луча. Общая глубина травления от верхней части лестницы является функцией оптического индекса длины волны и фундамента. При нормальных условиях глубина имеет тот же порядок, что и проектная длина волны. Поэтому каждая вихревая фазовая пластина специфична по длине волны. Оптический вихрь требует ввода коллимационного модуля (TEM00Гаусс вводит луч, и он преобразует его вTEM01Модель осесимметрии.

Использование большего диаметра входного луча имеет два очевидных преимущества. Во - первых, большой луч немного уменьшает выходную пару.DOEВыровнять чувствительность допусков. Во - вторых, больший диаметр входного луча сможет генерировать меньшие вихревые точки, что часто является ожидаемым результатом во многих приложениях. Вихревые линзы имеют высокую эффективность (обычно> 90%) и более низкий порог повреждения. Он обладает чувствительностью к перемещению и вращению элементов. Вихревая линзаDOEОбычно используется в приложениях обработки материалов (сварка), оптической связи (преобразование и генерация оптических режимов), научных применениях (STEDМикроскопы, оптические пинцеты) и так далее.

Резюме:

В последние годы дифракционные оптические элементы стали зрелой и широко используемой технологией.DOEТехнология в основном используется для формирования и разделения лучей. Он в основном используется в таких областях, как лазерная обработка материалов, медицинские и научные приложения, и имеет большой рынок, на который приходится значительная часть всего рынка лазерных приложений. Из - за растущей мощности лазера и строгих требований к точности,DOEВысокий порог лазерного повреждения и высокая точность характеристик делают его эффективным решением проблемы лазерного применения.