Elemento óptico difractivoDOE Para el procesamiento de materiales láser, belleza médica

Elemento óptico difractivo

Elementos ópticos difractivos..DOE) se utiliza un diseño de microestructura para cambiar la fase de la luz que propaga. Un diseño razonable de la microestructura de la superficie original de la difracción óptica permite la salida de cualquier luz que se ajuste a la distribución de la intensidad de la luz diseñada al introducir una luz específica.DOELa tecnología realiza muchas funciones y operaciones ópticas inviables de los sistemas ópticos tradicionales. En muchas aplicaciones, estas tecnologías mejoran enormemente el rendimiento del sistema. El esquema óptico difractivo tiene muchas ventajas, como: alta eficiencia, alta precisión, tamaño pequeño, bajo peso y, lo más importante, flexibilidad para cumplir con una variedad de requisitos de aplicación diferentes.

DOEProducto: divisor de haz y shaper de haz.

Divisor de haz de luzDOESe utiliza para dividir un solo haz láser en varios haces, cada uno de los cuales tiene las mismas características que el haz incidente (excepto potencia y ángulo de propagación). De acuerdo con el patrón de difracción del divisor de haz,El divisor de haz puede generar1Matriz de haz de dimensión..1×N) o2Matriz de haz tridimensional..M×N). Divisor de hazDOETambién se puede dividir el haz incidente en diferentes distribuciones de puntos de luz, como círculos, patrones aleatorios, conjuntos hexagonales, etc. Los separadores de haz deben utilizarse con luz monocromática (como los rayos láser), y los diferentes divisores de haz tienen una longitud de onda específica y un ángulo de separación entre los haces de salida específicos.

Todo el haz es capaz de convertir el haz casi Gauss en un haz uniforme circular, rectangular, cuadrado y lineal en la superficie de trabajo, y el contorno del borde (distribución de la intensidad). Muy claro, mientras que el shaper de haz de luz puede lograr una distribución uniforme de la intensidad de salida, lo que permite procesar la superficie de manera uniforme durante el procesamiento láser y evitar la sobreexposición o exposición insuficiente de áreas específicas. Además, el punto tiene una zona de transición empinada, por lo que se forma un límite claro entre la zona tratada y la zona no tratada. La serie de Cirujanos plásticos de haz incluye un homogeneizador,top-hat, lente de desplazamiento (placa de fase espiral) y cono de eje difractivo.

DOEAplicaciones típicas

Con el aumento de la Potencia láser, los componentes ópticos de los usuarios de muchos sistemas integrados pueden no ser capaces de soportar láseres de alta potencia. Por lo tanto, el umbral de daño inducido por láser..LIDTOLDTLos parámetros se convierten en un factor importante a la hora de seleccionar elementos ópticos. El alto umbral de daño de los elementos ópticos difractivos los convierte en una opción ideal para sistemas y aplicaciones industriales de alta potencia. Tanto las aplicaciones de procesamiento de materiales láser como la belleza médica (belleza médica) basada en láser requieren láseres de alta potencia.

Mapa1Distribución de los puntos de luz de los diferentes divisores de haz, de izquierda a derecha:5×5Matriz, aleatoria, matriz hexagonal, circular

Mapa2Resultados de diferentes formas de haz, de izquierda a derecha: homogeneizador, luz plana, lente de desplazamiento y Prisma difractivo

Aplicación de elementos ópticos difractivos en aplicaciones de procesamiento de materiales láser

Recientemente, el desarrollo de nuevos sistemas láser para la demanda industrial ha aumentado. Se han desarrollado muchos procesos nuevos y muchos procesos de procesamiento tradicionales han sido reemplazados por procesos de procesamiento láser. El procesamiento de materiales láser representa una gran parte de todo el mercado láser.DOEDesempeña un papel importante en la formación de haces láser que proporcionan procesos adaptados. La tecnología de formación y homogeneización de rayos láser es un paso esencial para optimizar muchas aplicaciones de procesamiento de materiales láser.DOEGeneralmente se utiliza en sistemas de ablación láser y mecanizado láser, perforación láser, Corte láser y otros procesos para formar pequeñas estructuras características en la superficie.

DOETratamiento estético basado en láser

A medida que el uso de la tecnología láser se convierte en una herramienta más indispensable en el campo de la belleza médica, la capacidad de controlar la salida láser se ha vuelto cada vez más importante.DOEOfrece una solución única que permite que los haces de luz funcionen de varias maneras, manteniendo al mismo tiempo la ligereza de los componentes. Los tratamientos cosméticos suelen utilizar láseres de alta potencia. Se requiere una exposición láser uniforme y precisa a la luz, con bordes afilados precisos y alta eficiencia. Esta es la solución ideal para la conformación del haz utilizando dispositivos ópticos difractivos.DOESe utiliza a menudo en la depilación láser, la eliminación de tatuajes láser, la reparación de la piel, la regeneración de la piel y así sucesivamente.

Elemento óptico difractivo - divisor de haz

El principio de funcionamiento del divisor de haz es muy simple. De acuerdo con los requisitos del sistema del cliente, desde el haz de entrada colimado, el haz de salida desde el divisor de haz desde el ángulo de separación.DOEFuera, el ángulo de separación está enDOEDeterminado durante el diseño y el ángulo de separación es muy preciso (error)<0.03mRad). La separación del haz está diseñada para el campo lejano. Por lo tanto, a medida que el haz de luzDOEDespués de eso, continuaron propagándose y se volvieron más claros.

Mapa3Divisor de hazDOE, configuración básica,EFL =Distancia focal efectiva,m =El orden de varios puntos (puntos), θs=El ángulo de separación entre los dos focos,d = 2La distancia (distancia) entre los focos, θf= Toda la esquina,D =Longitud de la matriz de puntos ópticos

Mapa4 1×6Propagación multipunto en medios de dispersión

Los múltiples puntos de luz producidos con "orden cero" no son difractivos y el haz cumple con las leyes de reflexión y refracción. Para un divisor de haz estándar con un número impar de haces, el ángulo de separación es el orden.+1Número de órdenes de suma0El ángulo entre (orden)0Es el haz deseado). Para un divisor de haz estándar con un número par de haces de luz, el ángulo de separación es+1Orden y suma-1El ángulo entre los órdenes (el orden cero no es el haz necesario).

Elementos ópticos difractivos - UsoDOEConfiguración del haz

El shaper de haz difractivo es un elemento de fase que convierte el haz de entrada Gauss en un punto uniforme con bordes afilados a una distancia de trabajo específica. Cada shaper de haz solo se puede utilizar en condiciones ópticas específicas, es decir, un conjunto único de parámetros del sistema óptico: longitud de onda, tamaño del haz de entrada, distancia de trabajo y tamaño del punto de salida.

Las configuraciones más básicas en la aplicación del shaper de haz incluyen láseres, elementos del shaper de haz difractivo y superficies a tratar.

Shaper de haz de luz de techo plano

El shaper de haz de sombrero superior se utiliza para convertir haces láser de incidencia casi gaussiana en manchas de intensidad uniforme redondas, rectangulares, cuadradas, lineales u otras formas, con bordes afilados de alta calidad en un plano de trabajo específico. Para obtener un rendimiento de shaper de haz de alta calidad, la salida láser debe ser de modo único..TEM00),M2Valor< 1,3.

A través de un shaper de haz de luz, se pueden dejar manchas de luz uniformes en la superficie del objeto a tratar, y en la superficie se puede evitar la sobreexposición o la exposición insuficiente de áreas específicas. Además, la mancha se caracteriza por una zona de transición aguda que forma un límite claro entre la zona tratada y la no tratada. El plástico de haz de sombrero superior tiene una alta eficiencia (generalmente> 95), excelente uniformidad (generalmente ± 0)5%), zona de transición empinada y umbral de daño láser alto. Además, el shaper de haz de sombrero superior es sensible al tamaño del haz de entrada, la distancia de trabajo y el desplazamiento del componente. Techo planoDOEGeneralmente se utiliza en aplicaciones de procesamiento de materiales láser (ablación láser, Corte láser, perforación láser), tratamiento estético (tatuajes y depilación), aplicaciones científicas (citología de flujo) y así sucesivamente.

Homogeneizador - shaper de haz de luz

Homogeneizador ópticoDOELa conversión de un haz de entrada monomodo o multimodo en un haz de salida claramente definido se caracteriza por tener la forma deseada y una intensidad plana uniforme. Los difusores más comunes obtienen formas redondas, cuadradas, rectangulares, elípticas y hexagonales. Al mismo tiempo, se pueden diseñar imágenes de casi cualquier forma. El borde del haz de difusión suele ser empinado y determinable. La relación entre el ángulo de divergencia de entrada y el ángulo de difusión del homogeneizador determina la relación entre la zona de transición y la zona de homogeneización del haz de salida. Para lograr una distribución ideal de la intensidad del haz en el campo lejano o en el plano focal,DOEEl homogeneizador divide la luz incidente en una dirección semialeatoria en una dirección aleatoria a mitad de camino. Este método puede diseñar componentes que puedan producir cualquier forma y tener un ángulo y tamaño de salida precisos bajo la condición de una intensidad de luz uniforme. El rendimiento del difusor depende en gran medida de los parámetros del haz incidente, además, mediante el uso de un altoM2El haz de entrada puede lograr una mayor uniformidad (figura7). El shaper de haz homogéneo no es sensible al tamaño del haz, el desplazamiento y la inclinación del componente. Proporciona un alto umbral de daño láser, mientras que la uniformidad y la eficiencia cambian con el diseño. HomogeneizadorDOEComúnmente utilizado en aplicaciones de procesamiento de materiales láser (soldadura láser, soldadura láser), tratamiento estético (tatuajes)/.Depilación, silueta del cuerpo) y así sucesivamente.

Mapa5Shaper de hazDOE, configuración básica,d =Tamaño del punto de luz formado,D =Diámetro del haz de luz,EFL =Distancia focal efectiva.

Mapa6Distribución de la resistencia de la tapa superior, izquierda: cuadrada, derecha: redonda

Mapa7El rendimiento del homogeneizador se basa enM2Cambio, izquierda:M2 = 1, derecha:M2 = 10 Mapa8Lente de desplazamientoDOEFase escalonada

Elemento óptico difractivo - placa de fase espiral

Lente de desplazamientoDOELa distribución de entrada de Gauss se convierte en un anillo de energía circular. La placa de fase espiral es un elemento óptico único cuya estructura está compuesta exclusivamente por fases espirales o espirales, cuyo objetivo es controlar la fase del haz transmitido. La profundidad total de grabado desde la parte superior e inferior de la "escalera" es una función de la longitud de onda de diseño y el índice óptico del sustrato. En condiciones generales, la profundidad tiene el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de diseño. Por lo tanto, cada placa de fase de vórtice es específica de la longitud de onda. Los vórtices ópticos requieren un modo único de colimación de entrada..TEM00) haz de entrada Gauss y lo convierte enTEM01Modo axisimétrico.

El uso de un diámetro de haz de entrada más grande tiene dos ventajas obvias. En primer lugar, el haz más grande reduce ligeramente el par de salidaDOESensibilidad de la tolerancia de alineación. En segundo lugar, un mayor diámetro del haz de entrada será capaz de producir puntos de vórtice más pequeños, lo que suele ser el resultado deseado en muchas aplicaciones. La lente del vórtice tiene una alta eficiencia (generalmente> 90) y un umbral de daño más bajo. Tiene sensibilidad para el desplazamiento y la rotación de los componentes. Lente de desplazamientoDOEComúnmente utilizado en aplicaciones de procesamiento de materiales (soldadura), comunicaciones ópticas (conversión y generación de modos ópticos), aplicaciones científicas..STEDMicroscopio, pinzas ópticas) y así sucesivamente.

Resumen:

En los últimos años, los elementos ópticos difractivos se han convertido en una tecnología madura y ampliamente utilizada.DOELa tecnología se aplica principalmente a la conformación de haces de luz y la División de haces de luz. Se aplica principalmente en aplicaciones de procesamiento de materiales láser, belleza médica y aplicaciones científicas, y tiene un gran mercado, que representa una gran parte de todo el mercado de aplicaciones láser. Debido a la mejora continua de la Potencia láser y los requisitos de precisión estrictos,DOEEl alto umbral de daño láser y las características de alta precisión lo convierten en una solución efectiva para resolver el problema de las aplicaciones láser.