Diffractionsoptiska komponenterDOE För lasermaterialbearbetning, medicinsk skönhet

Diffractionsoptiska komponenter

Diffractionsoptiska komponenter (DOEAnvänd mikrostrukturell design för att ändra fasen av ljuset som sprids. En rimlig utformning av den optiska diffraktionen av den ursprungliga ytans mikrostruktur gör det möjligt att ge ut något ljus som överensstämmer med den utformade ljusstyrkan fördelningen när ett visst ljus ingår.DOETekniken möjliggör många funktioner och drift av ljus som inte är genomförbara i traditionella optiska system. I många tillämpningar förbättrar dessa tekniker systemets prestanda avsevärt. Diffractionsoptiska lösningar har många fördelar, till exempel: hög effektivitet, hög precision, liten storlek, låg vikt och framför allt är de flexibla för att uppfylla olika applikationskrav.

DOEProdukter: stråldelare och strålformare.

StrålsplittrareDOEAnvänds för att dela en enskild laserstråle i flera strålar, var och en med samma egenskaper som den inkommande strålen (förutom effekt och spridningsvinkel). Enligt diffractionsmönster av splittern,Splitter kan producera1Dimensionella strålar (1×Neller2Dimensionell strålmatris (M×Noch). UppdelareDOEDet kan också delas in i strålar med olika fläckfördelningar, till exempel cirklar, slumpmässiga mönster, hexagonala matriser och så vidare. Strålavskiljare måste användas tillsammans med monofärgt ljus (t.ex. laserstrålar) och olika strålavskiljare har en viss våglängd och en avskiljningsvinkel mellan och en viss utgångsstrål.

Ljusstrålen kan omvandlas till en jämn stråle av cirkulär, rektangulär, kvadratisk och linjär ljus på arbetsytan med kantkonturer (ljusstyrka fördelning). Mycket tydlig, samtidigt som strålformern kan uppnå en jämn fördelning av utgångsintensiteten, så att ytan kan behandlas jämnt vid laserbearbete och förhindra överexponering eller otillräcklig exponering i ett visst område. Dessutom har fläckarna branta övergångsområden, vilket skapar en tydlig gräns mellan behandlade och obehandlade områden. Strålformare serien omfattar equalisatorer,top-hat, spirallins (spiralfasplatta) och diffractionsaxel koniskop.

DOETypiska tillämpningar

Eftersom lasereffekten ökar kan många användaroptiska komponenter i ett integrerat system inte tåla högkraftig laser. Därför är tröskeln för laserinducerad skada (LIDTellerLDTParameterna blir en viktig faktor vid valet av optiska komponenter. Den höga tröskeln för skador på diffractionsoptiska komponenter gör den idealisk för högkraftiga industriella system och applikationer. Applikationer för bearbetning av lasermaterial och laserbaserad medicinsk skönhet kräver högkraftiga lasers.

diagram1Olika splitters fläckfördelning från vänster till höger:5×5Array, slumpmässig, hexagonal, rund

Diagram2Resultat av olika strålformer, från vänster till höger: homogenator, platt toppljus, vortex linser och diffractionsprisma

Tillämpning av diffractionsoptiska komponenter i lasermaterialbearbetningsapplikationer

Nyligen har utvecklingen av nya lasersystem för industriella behov ökat. Många nya processer har utvecklats och många av de traditionella bearbetningsprocesserna ersätts av laserbearbete. Laserbearbetning av material utgör en stor del av hela lasermarknaden,DOESpelar en viktig roll i att tillhandahålla laserstrålforming för anpassningsprocesser. Laserstrålforming och homogeniseringsteknik är nödvändiga steg för att optimera många applikationer för bearbetning av lasermaterial.DOEVanligtvis används laserödning och laserbearbetningssystem, laserbörning, laserskärning och annan bearbetning för att bilda små karakteristiska strukturer på ytan.

DOELaserbaserad skönhetsbehandling

Eftersom användningen av laserteknik blir ett mer oumbärligt verktyg inom medicinsk kosmetik blir förmågan att kontrollera laserutgång allt viktigare.DOETillhandahåller en unik lösning som gör det möjligt för strålan att fungera på flera sätt samtidigt som komponenterna är lätta. Skönhetsbehandlingar använder oftast högkraftiga lasers. Lasern kräver jämn och exakt ljusexponering, med exakta skarpa kanter och samtidigt hög effektivitet. Detta är den idealiska lösningen för strålformning med diffractionsoptik.DOEVanligtvis används för laser hårborttagning, laser tatuering borttagning, hudreparation, hudregeneration och mycket mer.

Diffractionsoptiska komponenter - splittrare

Arbetsprincipen för splittern är mycket enkel. Beroende på kundens systemkrav, från direkta ingångsstrålar, utgångsstrålar i separationsvinkel från splitternDOEUt, denna separationsvinkel ärDOEfastställd under konstruktionen och separationsvinkel mycket exakt (fel)<0.03mRadoch). Ljusseparationen är utformad för fjärrfält. Därför är ljuset iDOESedan de fortsätter att spridas blir de tydligare.

diagram3splitterDOEGrundinställningar.EFL =Effektiv brännvidd.m =Ordningsföljden på flera punkter (punkter), θs=Separationsvinkeln mellan två brännpunkter.d = 2Avståndet (avståndet) mellan brännpunkterna. θf= Full vinkel,D =Längden på ljuspunktsramen

bild4 1×6Flera punkter sprids i dispersiva medier

Den genererade multi spot med "nollordning" diffrakterar inte och strålen följer lagarna för reflektion och brytning. För en standardbalksplitter med udda antal balkar är separationsvinkeln i ordning+1Och ordning0Vinkeln mellan dem (ordning)0Det är den förväntade ljusstrålen. För en standardbalksplitter med ett jämnt antal balkar är separationsvinkeln+1Steg och-1Vinkeln mellan ordrar (nollordning är inte önskad stråle).

Diffraktionsoptiska element - AnvändningDOEStrålformning

En diffraktionsstråleformare är ett faselement som omvandlar en gaussisk ingångsstråle till en enhetlig punkt med skarpa kanter vid ett visst arbetsavstånd. Varje strålformare kan endast användas under specifika optiska förhållanden, vilket är en unik uppsättning optiska systemparametrar: våglängd, ingångsstrålestorlek, arbetsavstånd och utgångspotstorlek.

De mest grundläggande inställningarna för strålformningsapplikationer är laser, diffraktiva strålformningskomponenter och ytor som ska bearbetas.

Platt övre strålkastare

Topphattstrålformaren används för att konvertera en nästan Gaussisk incident laserstråle till en jämn intensitetspunkt av cirkulär, rektangulär, fyrkantig, linjär eller andra former, med högkvalitativa vassa kanter i ett specifikt arbetsplan. För att uppnå högkvalitativ strålformningsprestanda bör laserutgången vara enkelläge (TEM00），M2pris<1.3.

Genom att använda en strålformare kan enhetliga ljusfläckar lämnas kvar på ytan av objektet som ska bearbetas och specifika områden kan förhindras från överexponering eller underexponering på ytan. Dessutom är karakteristiken för denna plats det skarpa övergångsområdet, som bildar en tydlig gräns mellan det bearbetade området och det obehandlade området. Den övre hatten balk shaper har hög effektivitet (vanligtvis> 95% Utmärkt enhetlighet (vanligtvis ±)5% Steg övergångszon och hög tröskel för laserskador. Dessutom är topphatten strålar shaper känslig för ingångsstorlek, arbetsavstånd och komponentförskjutning. flattopDOEVanligtvis används i applikationer för lasermaterialbearbetning (laserödning, laserskärning, laserborning), estetisk behandling (tatuering och hårborttagning), vetenskapliga applikationer (flödescellometri) och mycket mer.

Homogenizer - strålformare

Optisk equalisatorDOEKonvertera en eller flermodus ingångsstråla till en tydligt definierad utgångsstråla som kännetecknas av att ha önskad form och enhetlig platt tak intensitet. De vanligaste formerna som diffusorerna får är runda, kvadratiska, rektangulära, ovala och sexkantiga. Samtidigt kan man utforma bilder i nästan alla former. Kanten av spridda strålar är vanligtvis brant att bestämma. Förhållandet mellan ingångsdiffusionsvinkeln och diffusionsvinkeln för en homogenisator bestämmer förhållandet mellan övergångsområdet och homogeniseringsområdet för utgångsstrålen. För att uppnå en idealisk intensitetsfördelning av strålan i fjärrfält eller fokusplan,DOEEn homogenisator delar in ljuset i en halvslumpmässig riktning i en halvslumpmässig riktning. Metoden gör det möjligt att utforma komponenter som kan producera vilken form som helst, med exakt utgångsvinkel och storlek under förhållanden med jämn ljusstyrka. Spreaderns prestanda beror i stor utsträckning på parametrarna för den inkommande strålan, och dessutom genom att använda högM2Ingångsstrålen kan uppnå högre enhetlighet (figur7och). Homogenerad strålformare är okänslig för strålstorlek, förskjutning och komponentlutning. Den ger höga tröskelvärden för laserskada, medan jämnhet och effektivitet varierar med designen. HomogeniserareDOEVanligtvis används för lasermaterialbearbetningsapplikationer (lasersvetsning, laserlödning), estetisk behandling (tatuering)/hårborttagning, kroppsprofil) och så vidare.

Diagram5StrålformareDOEgrundläggande inställningar,d =bildningsfläckstorlek,D =ljusdiametern,EFL =Effektivt fokusavstånd.

Diagram6Fördelning av topphattens styrka, vänster: kvadratisk, höger: rund

Diagram7Homogener prestanda baserat påM2Förändring, vänster:M2 = 1Höger:M2 = 10 Diagram8SpirallinsDOEtrappa

Diffractionsoptiska komponenter - spiralfaser

SpirallinsDOEKonverterar en Gaussian ingångsfördelning till en ring av energi. En spiralfasplatta är en unik optisk komponent vars struktur helt består av en spiral eller en spiralfas som syftar till att kontrollera fasen av den transmiterande strålen. Det totala etsdjupet från toppen till botten av "trappan" är en funktion av designens våglängd och optiska index för substratet. Under allmänna förhållanden har detta djup samma storleksgrad som den designade våglängden. Därför är varje spindelplatta specifik för våglängden. Optisk vortex kräver inmatning av rekta enkelmodus (TEM00Gauss ingår strålan, och den omvandlar den tillTEM01Axelsymmetri.

Det finns två uppenbara fördelar med att använda en större ingångsstråldiameter. För det första minskar den större strålan något utgångsparetDOEJustering av toleransens känslighet. För det andra kommer större ingångsstråldiameter att kunna generera mindre vortex-flödespunkter, vilket ofta är det önskade resultatet i många applikationer. Spirallinsar har hög effektivitet (vanligtvis> 90% och lägre tröskelvärde. Den har känslighet för komponentförskjutning och rotation. SpirallinsDOEVanligtvis används för materialbearbetningsapplikationer (svetsning), optisk kommunikation (optisk mönsterkonvertering och generering), vetenskapliga applikationer (STEDmikroskop, optisk pincet) och så vidare.

Sammanfattning:

Under de senaste åren har diffraktionsoptiska komponenter blivit en mogen och omfattande teknik.DOETekniken används främst för strålformning och splittring. Den används främst inom lasermaterialbearbetningsapplikationer, medicinska och vetenskapliga applikationer och har en stor marknad som utgör en stor del av hela marknaden för laserapplikationer. På grund av den ständiga förbättringen av lasereffekten och de stränga kraven på noggrannhet,DOEDen höga tröskeln för laserskada och den höga noggrannheten gör den till en effektiv lösning för problem med laserapplikationer.