Дифракционни оптични компонентиDOE За лазерна обработка на материали, Медицина

Дифракционни оптични компоненти

Дифракционни оптични компоненти (DOEИзползвайте микроструктурен дизайн, за да промените фазата на светлината, която се разпространява. Разумно проектираната оптична дифракция на микроструктурата на оригиналната повърхност позволява на въвеждането на определена светлина да излиза всяка светлина, която съответства на проектираното разпределение на интензивността на светлината.DOEТехнологията осъществява много функции и операции с светлината, които са невъзможни за традиционните оптични системи. В много приложения тези технологии значително подобряват производителността на системата. Дифракционната оптика има много предимства, като например: висока ефективност, висока точност, малки размери, ниско тегло и най-важното е, че е гъвкава, за да отговори на различни изисквания за приложение.

DOEПродукти: разделители и форматори на лъчи.

Разделител на лъчиDOEИзползва се за разделяне на един лазерен лъч на няколко лъча, всеки от които има същите характеристики като входящия лъч (с изключение на мощността и ъгъла на разпространение). Според дифракционния модел на разделителя,Разделителите могат да произвеждат1Масив от измерени лъчи (1×Nили2Матрица на измерения лъч (M×N). РазделителDOEВлизащите лъчи също могат да бъдат разделени на различни разпределения на петна, като кръгли, случайни модели, шестоъгълни масиви и др. Сепараторите на лъчи трябва да се използват заедно с едноцветна светлина (например лазерен лъч), а различните сепаратори на лъчи имат определена дължина на вълната и ъгъл на разделяне между специфични излезни лъчи.

Целият лъч може да преобразува близо до Гаусовия лъч на работната повърхност в равномерен лъч от кръгли, правоъгълни, квадратни и линейни форми с контур на ръба (разпределение на интензивността на светлината). Изключително ясна и в същото време лъч форматор може да постигне равномерно разпределение на изходната интензивност, което позволява на повърхността да се обработва равномерно при лазерна обработка, за да се предотврати прекомерна или недостатъчна експозиция на определена област. Освен това петната имат стръмни преходни зони, които създават ясна граница между обработените и необработените зони. Серията лъч форматори включва еквивалатори,top-hat, спирални лещи (спирални фазни плочи) и дифракционни осни конуси.

DOEТипично приложение

С нарастващата мощност на лазера, много потребителски оптични компоненти на интегрирани системи може да не издържат на високомощни лазери. Поради това прагът на увреждане, индуцирано от лазера (LIDTилиLDTПараметрите стават важен фактор при избора на оптични компоненти. Високият праг на увреждане на дифракционните оптични компоненти го прави идеален избор за високомощни индустриални системи и приложения. Приложенията за обработка на лазерни материали и медицинската красота на базата на лазер изискват високомощни лазери.

диаграма1Разпределение на различните светлини от ляво надясно:5×5Масив, случайен, шестоъгълен масив, кръгъл

диаграма2Резултати от различни форми на лъчи, отляво надясно: хомогенер, плоска светлина, вихрещи лещи и дифракционни призми

Приложение на дифракционни оптични компоненти при лазерна обработка на материали

Напоследък се увеличи разработването на нови лазерни системи за индустриалните нужди. Разработени са много нови процеси и много от традиционните процеси на обработка са заменени с лазерни процеси. Лазерната обработка на материали представлява голяма част от целия пазар на лазери,DOEИграе важна роля в осигуряването на лазерно обличане на лъчи за адаптивни процеси. Технологиите за формиране и унифициране на лазерни лъчи са необходими стъпки за оптимизиране на много приложения за лазерна обработка на материали.DOEОбикновено се използва за лазерна ерозия и лазерни системи за обработка, лазерни пробивания, лазерно рязане и друга обработка, за да се образуват малки характеристични структури на повърхността.

DOEЛечение на красота на базата на лазер

Тъй като използването на лазерни технологии става все по-незаменим инструмент в областта на медицинската естетика, способността да се контролира лазерният изход става все по-важна.DOEПредлага се уникално решение, което позволява лъчът да работи по много начини, като същевременно запазва лекотата на компонентите. Козметичните терапии обикновено използват високомощен лазер. Изисква се равномерно и точно излагане на светлината на лазера, с точни остри ръбове и висока ефективност. Това е идеалното решение за формация на лъчи с дифракционна оптика.DOEЧесто се използва за лазерно отстраняване на косата, лазерно отстраняване на татуировки, ремонт на кожата, регенерация на кожата и др.

Дифракционни оптични компоненти - разделители

Принципът на работа на разделителя е много прост. В зависимост от изискванията на системата на клиента, от директен входен лъч, излезен лъч с ъгъл на разделяне от гредаDOEИзлез, ъгълът на разделяне еDOEопределен по време на проектирането и много точен ъгъл на разделяне (грешка)<0.03mRad). Разделянето на лъчите е предназначено за далечни полета. Следователно, с светлината вDOEСлед като продължават да се разпространяват, те стават по-ясни.

диаграма3РазделителDOEосновните настройки,EFL =ефективно фокусно разстояние,m =многобройни точки (точки), θs=ъгъл на разделяне между два фокуса,d = 2разстояние между фокуса (фокус), θf= пълен ъгъл,D =Дължина на масива от точки на светлина

диаграма4 1×6Разпространение на множество точки в дифференциална среда

Полифактичните петна с "нулева степен" не се дифрагират и лъчът спазва законите на рефлексията и рефракцията. За стандартни разделители с нечетни лъчи ъгълът на разделяне е редът+1и броя на редовете0Угълът между0е очакваната светлина). За стандартен разделител с четен брой лъчи ъгълът на разделяне е+1клас и-1Угълът между стъпките (нулевите стъпки не са необходимите лъчи).

Дифракционни оптични компоненти - използванеDOEФормация на лъча

Дифракционният лъч е фазен елемент, който на определено работно разстояние превръща входния лъч на Гаус в равномерно петно с остри краища. Всеки лъчен форматор може да се използва само при специфични оптични условия, т.е. уникален набор от параметри на оптичната система: дължина на вълната, размер на входния лъч, работно разстояние и размер на изходното петно.

Най-основните настройки в приложенията на форматорите на лъчи включват лазера, дифракционните компоненти на форматорите на лъчи и повърхността, която трябва да бъде обработена.

Форматор на лъч с плосък върх

Топ капачка лъч форматор се използва за преобразуване на лъчи с равномерна интензивност в кръгли, правоъгълни, квадратни, линейни или други форми с висококачествени остри ръбове в определена работна равнина. За да се постигне висококачествена производителност на лъч форматор, лазерният изход трябва да бъде едномоден (TEM00），M2стойност<1.3Това.

Благодарение на лъч форматорите могат да оставят равномерно светлинно петно върху повърхността на обекта, който се обработва, и да предотвратят прекомерна или недостатъчна експозиция на определена област. Освен това, това петно се характеризира с остри преходни зони, които образуват ясна граница между обработените и необработените зони. Топ шапка лъч форматор с висока ефективност (обикновено> 95отлична еднообразност (обикновено ±5(%) стръмна преходна зона и висок праг на лазерно увреждане. Освен това форматорът на лъча с горна капачка е чувствителен към размера на входния лъч, работното разстояние и изместването на компонента. Плосък върхDOEОбикновено се използва за лазерни приложения за обработка на материали (лазерна ерозия, лазерно рязане, лазерно пробиване), естетична обработка (татуировки и отстраняване на косата), научни приложения (поточна цитология) и др.

Хомулатор - лъчен форматор

Оптичен еквивалаторDOEПреобразуване на едномоден или многомоден входен лъч в ясно определен изходен лъч, който се характеризира с желаната форма и равномерна интензивност на плоския таван. Най-често срещаните форми, получени от разпространителите, са кръгли, квадратни, правоъгълни, овални и шестоъгълни. В същото време е възможно да се създаде изображение с почти всяка форма. Ръбовете на разпространения лъч обикновено са стръмни и могат да бъдат определени. Съотношението между ъгъла на диффузия на входа и ъгъла на диффузия на еквивалатора определя съотношението между преходната област и областта на еквивализация на изходния лъч. За да се постигне идеалното разпределение на интензивността на лъча в далечното поле или фокусното равнище,DOEХомулаторът разделя влизащата светлина в полуслучайна посока в полуслучайна посока на полето. Този метод дава възможност да се проектират компоненти, които могат да генерират произволни форми, с точни изходни ъгли и размери при равномерна интензивност на светлината. Производителността на дисперсора зависи до голяма степен от параметрите на входящия лъч, освен това чрез използването на високиM2Входният лъч може да постигне по-висока равномерност (фиг.7). Хомогенерният лъчен форматор не е чувствителен към размера на лъча, изместването и наклона на компонента. Той осигурява висок праг на увреждане на лазера, докато равномерността и ефективността варират в зависимост от дизайна. ХомогенераторDOEОбикновено се използва за лазерна обработка на материали (лазерно заваряване, лазерно заваряване), естетична обработка (татуировки)/depilation, профил на тялото) и т.н.

диаграма5Форматор на лъчиDOEосновните настройки,d =Размери на образуването,D =диаметър на лъча,EFL =Ефективно фокусно разстояние.

диаграма6Разпределение на силата на горната шапка, ляво: квадратно, надясно: кръгло

диаграма7Въз основа на характеристиките на хомогенераM2Промяна в ляво:M2 = 1Дясно:M2 = 10 диаграма8Виротационни лещиDOEСтълбища

Дифракционни оптични елементи - спирални фазни блокове

Виротационни лещиDOEПреобразуване на Гаусовото входно разпределение в кръстен енергиен пръстен. Спирална фазна плоча е уникален оптичен елемент, чиято структура се състои изцяло от спирална или спирална фаза, чиято цел е да контролира фазата на предавания лъч. Общата дълбочина на гравиране от горната част на "стълбата" до долната част е функция на оптичния индекс на дължината на вълната и субстрата на проектирането. При общи условия тази дълбочина има същия размерен ред като проектираната дължина на вълната. Следователно всяка спирална плоча е специфична за дължината на вълната. Оптичен вихребет изисква вход в прямо единичен режим (TEM00Гаус въвежда лъча и го преобразува вTEM01Симетричен режим на осите.

Използването на по-голям диаметър на входния лъч има две очевидни предимства. Първо, по-големият лъч леко намалява изходната двойка.DOEУстановяване на чувствителността на толеранцията. Второ, по-големият диаметър на входния лъч ще бъде в състояние да генерира по-малки точки на въртелен поток, което обикновено е желаният резултат в много приложения. Виротни лещи с висока ефективност (обикновено> 90% и по-нисък праг на увреждане. Има чувствителност към изместването и въртенето на компонентите. Виротационни лещиDOEОбикновено се използва за приложения за обработка на материали (заваряване), оптична комуникация (преобразуване и генериране на оптични модели), научни приложения (STEDмикроскопи, оптични пинцети и т.н.

Резюме:

През последните години дифракционните оптични компоненти се превърнаха в зрела и широко използвана технология.DOEТехнологията се използва основно за оформяне и разделяне на лъчи. Той се използва основно в областта на лазерната обработка на материали, медицинската естетика и научните приложения и има голям пазар, който представлява голяма част от целия пазар на лазерни приложения. Поради постоянното подобряване на мощността на лазера и непрекъснатите изисквания за точност,DOEВисокият праг на увреждане на лазера и високата точност го правят ефективно решение на проблемите с лазерните приложения.