Componentes ópticos de difraçãoDOE Para processamento de materiais a laser, medicina e estética

Componentes ópticos de difração

Componentes ópticos de difração (DOEUtilizar o design microestrutural para alterar a fase da luz que se espalha. A microestrutura da superfície original de difração óptica de design razoável é capaz de permitir a saída de qualquer luz conforme a distribuição de intensidade da luz projetada quando a luz específica é introduzida.DOEA tecnologia permite muitas funções e operações de luz que não são viáveis ​​em sistemas ópticos tradicionais. Em muitas aplicações, essas tecnologias melhoram significativamente o desempenho do sistema. O esquema óptico de difração tem muitas vantagens, como: alta eficiência, alta precisão, pequeno tamanho, baixo peso e, o mais importante, é flexível para atender a uma variedade de requisitos de aplicação diferentes.

DOEProdutos: divisores de feixe e rectificadores de feixe.

Divisor de feixeDOEUsado para dividir um único feixe de laser em vários feixes, cada um com as mesmas propriedades do feixe de entrada (exceto potência e ângulo de propagação). De acordo com o padrão de difração do divisor,O divisor pode produzir1Array de feixe de luz dimensional (1×Nou2Matriz de feixe de luz (M×N). DivisorDOEO feixe de entrada também pode ser dividido em diferentes distribuições de manchas, como círculos, padrões aleatórios, matrizes hexagonais, etc. Os separadores de feixe precisam ser usados ​​com luz monocromática, como um feixe de laser, e os diferentes separadores de feixe têm comprimentos de onda específicos e ângulos de separação entre um feixe de saída específico.

O feixe é capaz de converter um feixe gaussiano próximo à superfície de trabalho em feixes uniformes de forma redonda, retângula, quadrada e linear, com contorno de borda (distribuição da intensidade da luz). Muito clara, ao mesmo tempo que o moldador de feixe é capaz de obter uma distribuição uniforme da intensidade de saída, permitindo que a superfície seja tratada uniformemente durante o processamento a laser, evitando a exposição excessiva ou insuficiente em áreas específicas. Além disso, as manchas têm áreas de transição íngremes, formando assim uma fronteira clara entre as áreas tratadas e as áreas não tratadas. A série de formatores de feixe inclui equalizadores,top-hat, lentes torbidos (placas de fase espiral) e cónicos de eixo de difração.

DOEAplicações típicas

À medida que a potência do laser aumenta, muitos componentes ópticos do usuário de sistemas integrados podem não suportar lasers de alta potência. Portanto, o limiar de dano induzido pelo laser (LIDTouLDTOs parâmetros tornam-se um fator importante na escolha de componentes ópticos. Os altos limiares de dano dos componentes ópticos de difração tornam-no ideal para sistemas e aplicações industriais de alta potência. As aplicações de processamento de materiais a laser e a beleza médica baseada em laser exigem lasers de alta potência.

Gráfico1Distribuição de manchas de divisores diferentes, da esquerda para a direita:5×5Array, aleatório, array hexagonal, redondo

Gráfico2Resultados de diferentes formas de feixe, da esquerda para a direita: homogênero, luz plana, lentes turbulentas e prismas difractivos

Aplicação de componentes ópticos de difração em aplicações de processamento de materiais a laser

Recentemente, o desenvolvimento de novos sistemas a laser para as necessidades industriais aumentou. Muitos novos processos foram desenvolvidos e muitos dos processos de processamento tradicionais foram substituídos por processos de processamento a laser. O processamento de materiais a laser representa uma grande parte de todo o mercado de laser,DOEEle desempenha um papel importante no fornecimento de moldagem de feixe a laser para processos adaptativos. A tecnologia de formação e homogeneização de feixes a laser é um passo essencial para otimizar muitas aplicações de processamento de materiais a laser.DOEGeralmente usado em sistemas de corrosão a laser e processamento a laser, perfuração a laser, corte a laser e outros processamentos para formar pequenas estruturas características na superfície.

DOETratamento de beleza baseado em laser

À medida que o uso da tecnologia laser se torna uma ferramenta mais indispensável no campo da medicina e da estética, a capacidade de controlar a saída do laser torna-se cada vez mais importante.DOEOferece uma solução única que permite que o feixe opere de várias maneiras, mantendo o componente leve. Os tratamentos de beleza geralmente usam lasers de alta potência. O laser exige uma exposição uniforme e precisa à luz, com bordas afiadas precisas e alta eficiência. Esta é a solução ideal para a formação de feixes com dispositivos ópticos de difração.DOEGeralmente usado para depilação a laser, remoção de tatuagem a laser, reparação da pele, regeneração da pele e muito mais.

Componentes ópticos de difração - divisores

O princípio de funcionamento do divisor é muito simples. De acordo com os requisitos do sistema do cliente, a partir do feixe de entrada recta, feixe de saída para o ângulo de separação do divisorDOESaia, o ângulo de separação éDOEo ângulo de separação determinado durante o projeto é muito preciso (erro<0.03mRad). A separação de feixes de luz é projetada para campos distantes. Assim, com a luz emDOEDepois de continuar a se espalhar, eles se tornam mais claros.

Gráfico3DivisorDOEconfiguração básica,EFL =distância focal eficaz,m =Número de pontos múltiplos (pontos), θs=o ângulo de separação entre os dois focos,d = 2a distância entre o foco, θf= todo o canto,D =Comprimento da matriz de pontos de luz

Gráfico4 1×6Multiponto de propagação em mídia de dispersão

A multimancha gerada com "grau zero" não é difração e o feixe obedece às leis de reflexão e refração. Para um divisor padrão com um número impar de feixes, o ângulo de separação é o número de ordens+1e número de ordens0O ângulo entre os0luz esperada). Para um divisor padrão com um número par de feixes, o ângulo de separação é+1Classe e-1O ângulo entre as linhas (a linha zero não é o feixe necessário).

Componentes ópticos de difração - usoDOEFormação de feixe

O rectificador de feixe de difração é um componente de fase que, a uma distância de trabalho específica, converte o feixe de entrada gaussiano em uma mancha uniforme com bordas afiadas. Cada moldador de feixe só pode ser usado em condições ópticas específicas, isto é, um conjunto único de parâmetros do sistema óptico: comprimento de onda, tamanho do feixe de entrada, distância de trabalho e tamanho da mancha de saída.

As configurações mais básicas em aplicações de moldadores de feixe incluem o laser, os componentes de moldadores de feixe de difração e a superfície a ser tratada.

Formador de feixe de topo plano

O rectificador de feixe de chapéu superior é usado para converter feixes laser de entrada gaussiana em manchas de intensidade uniforme em formas redondas, retângulas, quadradas, lineares ou outras, com bordas afiadas de alta qualidade em um plano de trabalho específico. Para obter o desempenho do moldador de feixe de alta qualidade, a saída do laser deve ser de modo único (TEM00），M2Valores<1.3- É.

O rectificador de feixe permite deixar manchas de luz uniformes na superfície do objeto a ser tratado e evita a exposição excessiva ou insuficiente em áreas específicas. Além disso, a mancha é caracterizada por áreas de transição afiadas que formam uma fronteira clara entre as áreas tratadas e as áreas não tratadas. O moldador de feixe de chapéu superior tem alta eficiência (normalmente> 95Excelente uniformidade (geralmente ±5(%) zona de transição íngreme e alto limiar de danos a laser. Além disso, o rectificador de feixe com chapéu superior é sensível ao tamanho do feixe de entrada, à distância de trabalho e ao deslocamento do componente. Topo planoDOEGeralmente usado em aplicações de processamento de materiais a laser (corrosão a laser, corte a laser, perfuração a laser), tratamento estético (tatuagem e depilação), aplicações científicas (citologia de fluxo) e muito mais.

Homogenizador - Formador de feixe

Equalizador ópticoDOEConverte um feixe de entrada mono ou multimodo em um feixe de saída claramente definido, caracterizado pela forma desejada e pela intensidade uniforme do teto plano. As formas mais comuns obtidas pelo difusor são redondas, quadradas, retangulares, elípticas e hexagonais. Ao mesmo tempo, é possível projetar imagens de quase qualquer forma. As bordas do feixe difuso são geralmente íngremes identificáveis. A relação entre o ângulo de difusão de entrada e o ângulo de difusão do equalizador determina a relação entre a área de transição e a área de uniformização do feixe de saída. Para alcançar a distribuição ideal de intensidade do feixe no campo distante ou no plano focal,DOEO homogenizador divide a luz entrante em uma direção semi-aleatória em uma direção semi-aleatória do campo. Este método permite projetar componentes capazes de produzir qualquer forma, com ângulos de saída e tamanhos precisos em condições de intensidade de luz uniforme. O desempenho do difusor depende em grande parte dos parâmetros do feixe de entrada, além disso, através do uso de altaM2O feixe de entrada pode alcançar maior uniformidade (Figura7). Os moldadores de feixe homogêneros são insensíveis ao tamanho do feixe, ao deslocamento e à inclinação dos componentes. Ele oferece altos limiares de danos a laser, enquanto a uniformidade e eficiência variam com o projeto. HomogenizadorDOEGeralmente usado em aplicações de processamento de materiais a laser (soldagem a laser, soldagem a laser), tratamento estético (tatuagem)/depilação, contorno do corpo), etc.

Gráfico5Formador de feixeDOEconfiguração básica,d =tamanho da mancha,D =Diâmetro do feixe,EFL =Distância focal eficaz.

Gráfico6Distribuição da força do chapéu, esquerda: quadrada, direita: redonda

Gráfico7De acordo com o desempenho do homogêneroM2Alteração, esquerda:M2 = 1Direita:M2 = 10 Gráfico8Lentes giratóriasDOEEscadas

Componentes ópticos de difração - fases espirais

Lentes giratóriasDOEConverte a distribuição de entrada gaussiana em um anel de energia circular. A placa de fase espiral é um componente óptico único, cuja estrutura é composta inteiramente de fase espiral ou espiral, com o objetivo de controlar a fase do feixe transmitido. A profundidade total de gravação do topo para o fundo da "escada" é uma função do comprimento de onda projetado e do índice óptico do substrato. Em condições gerais, essa profundidade tem o mesmo grau de quantidade que o comprimento de onda projetado. Assim, cada placa turbulenta é específica do comprimento de onda. O vórtice óptico requer a entrada de um único modo recto (TEM00Gauss entra o feixe de luz e ele o converte emTEM01Modelo de simetria axial.

O uso de um maior diâmetro de feixe de entrada tem duas vantagens óbvias. Primeiro, um feixe maior reduz um pouco o par de saídaDOESensibilidade da tolerância alinhada. Em segundo lugar, um maior diâmetro de feixe de entrada será capaz de gerar pontos de fluxo de vortex menores, o que é geralmente o resultado desejado em muitas aplicações. lentes turbulentas com alta eficiência (normalmente> 90percentagem) e um limiar de danos mais baixo. Tem sensibilidade ao deslocamento e rotação dos componentes. Lentes giratóriasDOEGeralmente usado em aplicações de processamento de materiais (soldadura), comunicação óptica (conversão e geração de padrões ópticos), aplicações científicas (STEDmicroscópios, pinças ópticas, etc.

Resumo:

Nos últimos anos, os componentes ópticos de difração se tornaram uma tecnologia madura e amplamente utilizada.DOEA tecnologia é aplicada principalmente na formação e divisão de feixes de luz. Ele é aplicado principalmente em aplicações de processamento de materiais a laser, aplicações médicas e científicas, e tem um grande mercado, representando uma grande parte de todo o mercado de aplicações a laser. Devido ao aumento contínuo da potência do laser e aos requisitos de precisão,DOESeus altos limiares de danos a laser e suas características de alta precisão tornam-no uma solução eficaz para problemas de aplicação a laser.