Diffractív optikai elemekDOE Lézeres anyagfeldolgozás, orvosi szépség

Diffractív optikai elemek

diffrakciós optikai elemek (DOEA mikrostrukturális tervezés segítségével megváltoztathatja a terjedő fény fázisát. Az eredeti felület mikrostruktúrájának ésszerű optikai diffrakciós tervezése lehetővé teszi, hogy egy adott fény beépítésekor bármely olyan fényt állítson ki, amely megfelel a tervezett fényerő elosztásának.DOEA technológia számos olyan funkciót és fényműveletet tesz lehetővé, amelyeket a hagyományos optikai rendszerek nem lehetnek. Ezek a technológiák számos alkalmazásban jelentősen javítják a rendszer teljesítményét. A diffrakciós optikai megoldások számos előnnyel rendelkeznek, például: nagy hatékonyság, nagy pontosság, kis méret, alacsony súly, és ami a legfontosabb, hogy rugalmasan megfelelnek a különböző alkalmazási követelményeknek.

DOETermékek: Csapatválasztó és fényformáló.

FénysugárosztóDOEAz egyes lézersugárokat több sugárra osztják meg, amelyek mindegyike ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint a bejövő sugár (a teljesítmény és a terjedési szög kivételével). A diffrakciós minta szerint a csomagosztó,A szétválasztó létrehozhatja1Fénysugárzás (1×Nvagy2Fénysugármátrix (M×N). CsomagolóDOEA belépő fénysugar különböző foltok elosztásával is osztható, például kör, véletlenszerű minta, hatszög tömb stb. A sugárelválasztókat egyszínű fénnyel (például lézersugárral) kell használni, és a különböző sugárelválasztóknak van egy adott hullámhossza és egy adott kimeneti sugár közötti elválasztási szöge.

A fénysugar átalakítja a közel gaussiai fénysugart a munkafelületen kör-, téglalap-, négyzet- és vonalos egyenletes fénysugarral, és a szélekörökkel (fényerő eloszlás). Nagyon tiszta, miközben a sugárformátor egyenletes kimeneti intenzitás elosztását biztosít, lehetővé téve a felületek egyenletes kezelését lézeres feldolgozás során, és megakadályozza a túlzott vagy hiányos expozíciót egy adott területen. Ezenkívül a foltok meredek átmeneti területekkel rendelkeznek, így egyértelmű határ alakul ki a kezelt és a kezeletlen területek között. A sugárformátor sorozat az equalizátorokat tartalmazza,top-hatA spirális lencse (spirális fázisú lemez) és a diffrakciós tengely kónusz.

DOETipikus alkalmazások

A lézer teljesítményének növekedésével számos integrált rendszer felhasználói optikai eleme nem tudja elviselni a nagy teljesítményű lézert. Ezért a lézeres károsodás küszöbértéke (LIDTvagyLDTA paraméterek fontos tényezővé válnak az optikai elemek kiválasztásában. A diffrakciós optikai elemek magas sérülési küszöbértéke ideális a nagy teljesítményű ipari rendszerekhez és alkalmazásokhoz. A lézeres anyagfeldolgozási alkalmazások és a lézeralapú orvosi szépség (orvosi estetika) nagy teljesítményű lézert igényelnek.

ábrák1Különböző splitter foltok eloszlása balról jobbra:5×5Törvény, véletlenszerű, hatszög törvény, kerek

ábrák2A különböző sugárformák eredményei balról jobbra: homogénerek, lapos fény, vortex lencsék és diffrakciós prizmák

A diffrakciós optikai elemek alkalmazása lézeres anyagfeldolgozási alkalmazásokban

Az ipari igényekhez igazodó új lézerrendszerek fejlesztése nemrégiben növekedett. Sok új folyamatot fejlesztettek ki, és sok hagyományos feldolgozási folyamatot lézeres feldolgozással váltottak fel. A lézeres anyagfeldolgozás jelentős részét képezi az egész lézeres piacon,DOEFontos szerepet játszik az alkalmazkodási folyamat lézeres sugárformázásában. A lézeres sugárformázási és egyenletesítési technológia elengedhetetlen lépés számos lézeres anyagfeldolgozási alkalmazás optimalizálásához.DOEÁltalában lézeres eróziós és lézeres feldolgozási rendszerek, lézeres fúrások, lézeres vágás és egyéb feldolgozás, hogy kis jellemző szerkezeteket alakítsanak ki a felületen.

DOELézer alapú szépségkezelés

Mivel a lézertechnológia használata egyre elengedhetetlenebb eszközré válik az orvosi és estetikai területen, a lézerkimenet ellenőrzésének képessége egyre fontosabbá válik.DOEEgyedülálló megoldást kínál, amely lehetővé teszi a fénysugárok többféle módon történő működését, miközben az alkatrészek könnyűsége megmarad. A szépségkezelés általában nagy teljesítményű lézert használ. A lézer egyenletes és pontos fénykitettséget igényel, pontos éles szélekkel, miközben nagy hatékonysággal rendelkezik. Ez az ideális megoldás a diffrakciós optikai eszközök használatával a sugárformációhoz.DOEGyakran használják a lézeres szőrtelenítést, a lézeres tetoválás eltávolítását, a bőr javítását, a bőr regenerációját és így tovább.

Diffraktiós optikai elemek - szétválasztók

A szétválasztó működési elve nagyon egyszerű. Az ügyfél rendszerkövetelményeinek megfelelően a közvetlen bemeneti sugar, a kimeneti sugar elválasztási szögben a beamerDOEKifelé, a szétválasztási szögDOEA tervezés során meghatározott és a szétválasztási szög nagyon pontos (hiba)<0.03mRad). A fény elválasztását távoli mezőkre tervezték. Így a fény aDOEMiután tovább terjednek, egyértelműbbé válnak.

ábrák3CsomagolóDOEalapvető beállítások,EFL =hatékony fókusztávolság,m =Több pont (pont), θs=a két fókusz közötti elválasztási szög,d = 2a fókusz közötti távolság, θf= teljes sarokban,D =Fénypontok tömbének hossza

ábrák4 1×6Többpontú terjedés a diszfer médiumban

A létrehozott "nulla szintű" multifény foltok nem diffrakciós, és a sugár megfelel a tükröződés és a törvényeknek. Pártány sugarú szabványos szétválasztóknál a szétválasztási szög sorszám+1és sorok száma0közötti szög (szám)0a várt fény). Párszámú fénysugárral rendelkező szabványos szétválasztó esetén a szétválasztási szög+1osztály és-1A szintek közötti szög (a nulla szint nem szükséges).

Diffractív optikai elemek - használatDOEFénysugár alakítása

A diffrakciós sugárformátor egy fázisos elem, amely egy adott munkatávolságon átalakítja a gaussiai bemeneti sugárt egy éles szélével rendelkező egyenletes fényfoltba. Minden sugárformátor csak bizonyos optikai körülmények között használható, azaz egyedi optikai rendszerparaméterek készlete: hullámhossz, bemeneti sugárméret, munkatávolság és kimeneti folt méret.

A fénygyűjtő alkalmazások legalapvetőbb beállításai a lézer, a diffraktív fénygyűjtő elemek és a kezelendő felületek.

Lapos csillag alakító

A Top Hat Beamformer a Gaussian beam beam közelében egységes intenzitású kör-, téglalap-, négyzet-, vonalos vagy más alakú fényfoltokra alakítja át, kiváló minőségű éles szélekkel egy adott munkasíkon. A magas minőségű sugárformátor teljesítményének eléréséhez a lézerkimenetnek egymódnak kell lennie (TEM00），M2Érték<1.3Az.

A fényformátor egyenletes fényfoltot hagy a kezelni kívánt tárgy felületén, és megakadályozza a túlzott vagy hiányos expozíciót egy adott területen. Ezenkívül a foltot éles átmeneti területek jellemzik, amelyek tiszta határt alkotnak a kezelt és a kezeletlen területek között. Hatékonyságú (általában> 95Kiváló egységesség (általában ±5%-ban), meredek átmeneti zónák és magas lézerkárosodási küszöbértékek. Ezen túlmenően a tetején található fénysugárformátor érzékeny a bemeneti fénysugárméretre, a munkatávolságra és az alkatrészek eltolódására. LaposDOEÁltalában lézeres anyagfeldolgozási alkalmazások (lézeres erózió, lézeres vágás, lézeres fúrás), esztétikai kezelés (tetoválás és szőreltávolítás), tudományos alkalmazások (áramlási citológia) stb.

Homologátor - sugárformátor

Optikai egyenlítőDOEEgymódú vagy többmódú bemeneti sugarak átalakítása egyértelműen meghatározott kimeneti sugarakba, amelyeket a kívánt alak és az egyenletes lapos tetőintenzitás jellemzi. A leggyakoribb formák, amelyeket a szórók kapnak, kerek, négyzet, téglalap, oval és hatszög alakú. Ugyanakkor szinte bármilyen formában tervezhető a kép. A szétszóró fény széle általában meredek meghatározható. A bemeneti diffúziós szög és az equalizátor diffúziós szöge közötti arány meghatározza az átmeneti terület és a kimeneti sugár egyenletes területének arányát. Annak érdekében, hogy elérjük a fény intenzitásának elosztását a távoli téren vagy a fókuszis,DOEAz homogenizáló a belépő fényt félig véletlenszerű irányba osztja a fél tér véletlenszerű irányába. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy olyan alkatrészeket tervezzenek, amelyek bármilyen formát tudnak létrehozni, pontos kimeneti szöggel és mérettel egyenletes fényerősség körülményei között. A diffúzor teljesítmény nagymértékben függ a beaming sugár paraméterei, továbbá a magasM2A bemeneti sugár nagyobb egyenletességet eredményez (ábra)7). A homogenizáló sugárformátor nem érzékeny a sugárméretre, az eltolódásra és az alkatrészek hajlására. Magas lézerkárosodási küszöbértéket biztosít, míg az egyenletesség és a hatékonyság a tervezéstől függően változik. HomogenizátorDOEÁltalában lézeres anyagfeldolgozási alkalmazások (lézeres hegesztés, lézeres forrasztás), esztétikai kezelés (tetoválás)/szőrtelenítés, test profilja) stb.

ábrák5Fénysugár alakítóDOEalapvető beállítások,d =fényfoltok mérete,D =fény átmérője,EFL =Hatékony fókusztávolság.

ábrák6Felső kalap erő eloszlása, bal: négyzet, jobb: kör

ábrák7Homogener teljesítmény alapjánM2Változás, bal:M2 = 1Jobbra:M2 = 10 ábrák8Spiral lencseDOELépra

Diffractív optikai elemek - spirális fázis

Spiral lencseDOEA gaussiai bemeneti eloszlás átalakítása gyűrű energiagyűrűvé. A spirális fázisú lemez egy egyedülálló optikai elem, amelynek szerkezete teljesen spirális vagy spirális fázisból áll, amelynek célja az átviteli fény fázisának szabályozása. A "lépcső" tetejétől aljáig a teljes frászási mélység a hullámhossz és az alapanyag optikai indexe tervezésének függvénye. Általános körülmények között ez a mélység azonos mennyiségi szintű, mint a tervezett hullámhossz. Ennek eredményeként minden vortex tábla hullámhosság-specifikus. Az optikai vortex egyenletes módú bemenetet igényel (TEM00Gauss bemeneti a sugarat, és átalakítja aztTEM01Tengely szimmetriás mód.

A nagyobb bemeneti fény átmérőjének használata két nyilvánvaló előnnyel jár. Először is, a nagyobb fénysugár kissé csökkenti a kimeneti párDOEA tolerancia érzékenysége. Másodszor, a nagyobb bemeneti fény átmérője képes lesz kisebb vortex áramlási pontokat generálni, ami gyakran számos alkalmazásban a kívánt eredmény. Nagy hatékonyságú (általában> 90% és alacsonyabb sérülési küszöbérték. Az elemek mozgásának és forgásának érzékenysége van. Spiral lencseDOEÁltalában alkalmazott anyagfeldolgozási alkalmazások (hegesztés), optikai kommunikáció (optikai minta átalakítása és generáció), tudományos alkalmazások (STEDmikroszkópok, optikai pincék) stb.

Összefoglaló:

Az utóbbi években a diffrakciós optikai elemek érett és széles körben alkalmazott technológiává váltak.DOEA technológiát elsősorban a sugárformációra és a sugárosztásra alkalmazzák. Főleg a lézeres anyagfeldolgozási alkalmazások, az orvosi és kozmetikai alkalmazások és a tudományos alkalmazások területén alkalmazható, és nagy piackal rendelkezik, amely jelentős részét teszi ki az egész lézeres alkalmazási piacon. A lézerteljesítmény folyamatos növekedése és a pontosság szigorú követelményei miatt,DOEA magas lézer sérülési küszöbértéke és a magas pontossága hatékony megoldást tesz a lézeres alkalmazások problémáinak megoldására.