Komponen optik difraksiDOE Untuk pengolahan bahan laser, medis

Komponen optik difraksi

Komponen optik difraksi (DOEMenggunakan desain mikrostruktur untuk mengubah fase cahaya yang disebarkan. Struktur mikro permukaan asli difraksi optik yang dirancang secara rasional memungkinkan untuk mengeluarkan cahaya apapun yang sesuai dengan distribusi intensitas cahaya yang dirancang saat memasukkan cahaya tertentu.DOETeknologi mencapai banyak fungsi dan operasi pada cahaya yang tidak mungkin dilakukan oleh sistem optik tradisional. Dalam banyak aplikasi, teknologi ini sangat meningkatkan kinerja sistem. Skema optik difraksi memiliki banyak keuntungan, seperti: efisiensi tinggi, presisi tinggi, ukuran kecil, berat rendah, dan yang paling penting, fleksibilitas untuk memenuhi berbagai persyaratan aplikasi yang berbeda.

DOEProduk: beam splitter dan beam rectifier.

Pemisah sinar cahayaDOEDigunakan untuk membagi sinar laser tunggal menjadi beberapa sinar, masing-masing memiliki karakteristik yang sama dengan sinar masuk (kecuali daya dan sudut penyebaran). Berdasarkan pola difraksi splitter,Splitter dapat menghasilkan1Array beam dimensi (1×Natau2matriks sinar cahaya (M×Nyang). PembahagiDOESinar masuk juga dapat dibagi menjadi distribusi bintik yang berbeda, seperti bulat, pola acak, array heksagonal, dll. Pemisah sinar harus digunakan bersama dengan cahaya monochrome (misalnya sinar laser), dan berbagai pemisah sinar memiliki sudut pemisahan antara panjang gelombang tertentu dan sinar output tertentu.

Sinar cahaya dapat mengubah sinar Gaussian dekat pada permukaan kerja menjadi sinar cahaya bulat, persegi panjang, persegi dan garis yang seragam dengan kontur tepi (distribusi intensitas cahaya). Sangat jelas, dan pada saat yang sama beamformer dapat mencapai distribusi intensitas output yang merata, memungkinkan pemrosesan laser dapat merata permukaan untuk mencegah paparan berlebihan atau kurang paparan di daerah tertentu. Selain itu, bintik memiliki daerah transisi yang curam, sehingga membentuk batas yang jelas antara daerah yang diolah dan daerah yang tidak diolah. Seri beam rectifier termasuk equalizer,top-hat, lensa spiral (pelat fase spiral) dan kerucut poros difraksi.

DOEAplikasi khas

Dengan peningkatan daya laser, komponen optik pengguna dari banyak sistem terintegrasi mungkin tidak dapat menahan laser daya tinggi. Oleh karena itu, ambang kerusakan induksi laser (LIDTatauLDTParameter menjadi faktor penting saat memilih komponen optik. Ambang kerusakan tinggi komponen optik difraksi membuatnya ideal untuk sistem dan aplikasi industri daya tinggi. Aplikasi pengolahan bahan laser dan kecantikan medis berbasis laser membutuhkan laser daya tinggi.

Gambar1Distribusi bintik yang berbeda dari kiri ke kanan:5×5Array, acak, hexagonal, bulat

Gambar2Hasil dari bentuk sinar yang berbeda, dari kiri ke kanan: homogen, cahaya datar, lensa vortex dan prisma difraksi

Aplikasi komponen optik difraksi dalam aplikasi pengolahan bahan laser

Baru-baru ini, pengembangan sistem laser baru untuk kebutuhan industri telah meningkat. Banyak proses baru dikembangkan, banyak proses pengolahan tradisional digantikan oleh proses pengolahan laser. Pengolahan bahan laser menyumbang sebagian besar dari seluruh pasar laser,DOEMemain peran penting dalam menyediakan pembentukan sinar laser untuk proses adaptasi. Teknologi pembentukan dan seragam sinar laser adalah langkah penting untuk mengoptimalkan banyak aplikasi pengolahan bahan laser.DOEBiasanya digunakan untuk sistem erosi laser dan pemrosesan laser, pengeboran laser, pemotongan laser dan pemrosesan lainnya untuk membentuk struktur karakteristik kecil di permukaan.

DOEPerawatan kecantikan berbasis laser

Seiring dengan penggunaan teknologi laser menjadi alat yang lebih diperlukan di bidang medis dan estetika, kemampuan untuk mengontrol output laser menjadi semakin penting.DOEMenawarkan solusi unik yang memungkinkan sinar dioperasikan dalam berbagai cara sambil menjaga komponen ringan. Perawatan kecantikan biasanya menggunakan laser daya tinggi. Laser membutuhkan paparan cahaya yang seragam dan akurat, dengan tepi tajam yang akurat dan efisiensi tinggi. Ini adalah solusi yang ideal untuk pembentukan sinar dengan menggunakan perangkat optik difraksi.DOESeringkali digunakan untuk penghapusan rambut laser, penghapusan tato laser, perbaikan kulit, regenerasi kulit dan banyak lagi.

Komponen optik difraksi - splitter

Prinsip kerja splitter sangat sederhana. Sesuai dengan persyaratan sistem pelanggan, sinar masukan dari langsung, sinar output dengan sudut pemisahan dari splitterDOEKeluar, sudut pemisahanDOEsudut yang ditentukan selama desain dan pemisahan sangat akurat (kesalahan<0.03mRadyang). Pemisahan sinar cahaya dirancang untuk medan jauh. Oleh karena itu, dengan cahaya diDOESetelah terus menyebar, mereka menjadi lebih jelas.

Gambar3splitterDOEAturan dasar,EFL =Panjang fokus efektif,m =Perintah berbilang titik (titik), θs=Sudut pemisahan antara dua titik fokus,d = 2Jarak antara titik fokus, θf= Sudut penuh,D =Panjang array titik cahaya

gambar4 1×6Multiple points propagate in dispersive media

Multi titik yang dihasilkan dengan "perintah nol" tidak berbeda dan sinar mengikuti hukum refleksi dan refraksi. Untuk pemisah sinar standar dengan bilangan sinar yang aneh, sudut pemisahan adalah tertib+1Dan perintah0Sudut antara mereka (urutan)0Ini adalah sinar cahaya yang diharapkan. Untuk pemisah sinar standar dengan bilangan sinar yang sama, sudut pemisahan adalah+1Langkah dan-1Sudut antara perintah (perintah nol bukan sinar yang diinginkan).

Elemen Optik Difraksi - GunakanDOEBentuk sinar

A diffraction beam shaper is a phase element that converts a Gaussian input beam into a uniform spot with sharp edges at a specific working distance. Setiap pembentuk sinar hanya dapat digunakan dalam kondisi optik spesifik, yang merupakan set unik dari parameter sistem optik: panjang gelombang, ukuran sinar input, jarak kerja, dan ukuran titik output.

Seting paling dasar dalam aplikasi pembentuk sinar termasuk laser, komponen pembentuk sinar diffraktif, dan permukaan yang harus diproses.

Penbentuk sinar atas rata

Penbentuk sinar topi atas digunakan untuk mengubah sinar laser kejadian hampir Gaussia menjadi titik intensitas seragam dari lingkaran, segitiga, persegi, linear, atau bentuk lain, dengan pinggir tajam kualitas tinggi di pesawat kerja spesifik. Untuk mencapai prestasi pembentuk sinar kualitas tinggi, keluaran laser seharusnya satu-mode_;TEM00\\ 65289;M2harga<1. 3- Ya.

Dengan menggunakan pembentuk sinar, titik cahaya seragam dapat ditinggalkan di permukaan objek untuk diproses, dan daerah spesifik dapat dicegah dari eksposisi berlebihan atau eksposisi rendah di permukaan. Selain itu, karakteristik tempat ini adalah area transisi tajam, yang membentuk batas yang jelas antara area yang diproses dan area yang tidak diperlakukan. Penbentuk sinar topi atas memiliki efisiensi tinggi (biasanya> 95%Uniform yang luar biasa (biasanya ±)5%Zona transisi Steep dan ambang kerusakan laser tinggi. Selain itu, pembentuk sinar topi atas sensitif pada ukuran sinar input, jarak kerja, dan pemindahan komponen. flatDOEBiasanya digunakan untuk aplikasi pengolahan bahan laser (erosi laser, pemotongan laser, pengeboran laser), perawatan estetika (tato dan penghapusan rambut), aplikasi ilmiah (sitometri aliran), dan banyak lagi.

Homogenizer - beam rectifier

Equalizer optikDOEMengubah sinar input mono atau multimode menjadi sinar output yang jelas didefinisikan dengan bentuk yang diinginkan dan kekuatan atap rata yang seragam. Bentuk yang paling umum diperoleh oleh diffuser adalah bundar, persegi, persegi panjang, oval dan segitiga. Pada saat yang sama, hampir semua bentuk gambar dapat dirancang. Tepi sinar penyebaran biasanya curam dapat ditentukan. Rasio antara sudut penyebaran input dan sudut penyebaran equalizer menentukan rasio antara wilayah transisi dan wilayah seragam sinar output. Untuk mencapai distribusi intensitas sinar cahaya yang ideal di medan jauh atau bidang fokus,DOEEqualizer membagi cahaya masuk ke arah setengah acak pada arah setengah acak medan. Metode ini memungkinkan untuk merancang komponen yang mampu menghasilkan bentuk sewenang-wenang dengan sudut output yang tepat dan ukuran dalam kondisi yang seragam. Kinerja diffuser sangat tergantung pada parameter sinar masuk, selain itu, dengan menggunakan tinggiM2Input beam dapat mencapai keseragaman yang lebih tinggi (gambar7yang). Straightener sinar homogen tidak sensitif terhadap ukuran sinar, pergeseran dan kemiringan komponen. Ini menawarkan ambang kerusakan laser yang tinggi, sementara keseragaman dan efisiensi bervariasi dari desain ke desain. HomogenerDOEBiasanya digunakan untuk aplikasi pengolahan bahan laser (las laser, laser solder), perawatan estetika (tato)/Penghapusan rambut, kontur tubuh) dll.

Gambar5Pembentuk sinar cahayaDOEpengaturan dasar,d =ukuran bintik pembentukan,D =diameter sinar cahaya,EFL =Jarak fokus yang efektif.

Gambar6Distribusi kekuatan topi atas, kiri: persegi, kanan: bulat

Gambar7Kinerja homogen berdasarkanM2Perubahan, kiri:M2 = 1Kanan:M2 = 10 Gambar8Lensa SpiralDOETahap tangga

Komponen optik difraksi - helik fase

Lensa SpiralDOEMengubah distribusi input Gaussian menjadi cincin energi cincin. Plat fase spiral adalah komponen optik yang unik dengan struktur yang sepenuhnya terdiri dari fase spiral atau spiral yang bertujuan untuk mengontrol fase sinar transmisi. Total kedalaman ukiran dari bagian atas ke bagian bawah "tangga" adalah fungsi dari panjang gelombang desain dan indeks optik dari substrat. Dalam kondisi umum, kedalaman ini memiliki tingkat kuantitas yang sama dengan panjang gelombang desain. Oleh karena itu, setiap panel vortex adalah panjang gelombang spesifik. Sebuah pusaran optik membutuhkan masukan mono-mode lurus (TEM00Gauss memasukkan sinar cahaya dan mengubahnya menjadiTEM01Mode simetri sumbu.

Menggunakan diameter sinar masukan yang lebih besar memiliki dua keuntungan yang jelas. Pertama, sinar cahaya yang lebih besar sedikit mengurangi pasangan outputDOEPenyelarasan sensitivitas toleransi. Kedua, diameter sinar masukan yang lebih besar akan mampu menghasilkan titik aliran pusaran yang lebih kecil, yang biasanya merupakan hasil yang diinginkan dalam banyak aplikasi. Lensa spiral memiliki efisiensi tinggi (biasanya> 90% dan ambang kerusakan yang lebih rendah. Ini memiliki sensitivitas pergeseran dan putaran komponen. Lensa SpiralDOEBiasanya digunakan untuk aplikasi pengolahan bahan (las), komunikasi optik (konversi dan generasi mode optik), aplikasi ilmiah (STEDmikroskop, pincet optik) dan sebagainya.

Kesimpulan:

Dalam beberapa tahun terakhir, komponen optik difraksi telah menjadi teknologi yang matang dan banyak digunakan.DOETeknologi ini terutama diterapkan untuk pembentukan sinar dan pembagian sinar. Hal ini terutama diterapkan dalam aplikasi pengolahan bahan laser, aplikasi medis dan ilmiah, dan memiliki pasar yang besar, menyumbang sebagian besar dari seluruh pasar aplikasi laser. Karena peningkatan daya laser dan persyaratan akurasi yang ketat,DOEAmbang kerusakan laser yang tinggi dan fitur presisi yang tinggi membuatnya menjadi solusi yang efektif untuk mengatasi masalah aplikasi laser.