Você conhece a classificação dos lasers DOE? (Parte 1)

Lasers de elemento óptico difrativo (DOE) é um novo elemento óptico que está se desenvolvendo vigorosamente nos últimos anos. O DOE geralmente adota um processo de micro-nano corrosão para formar a distribuição bidimensional dos elementos de difração, cada elemento de difração pode ter uma morfologia específica, índice de refração, etc., para regular com precisão a distribuição de fase da frente de onda do laser. O laser difratou depois de passar por cada unidade de difração e interferiu a uma certa distância (geralmente o infinito ou o plano focal da lente), formando uma distribuição específica de intensidade de luz.

Figura 1: A) uso esquemático de elementos ópticos difrativos; B) Esboço; C) Esquema de microestrutura de superfície

Após o advento dos elementos ópticos de difração em laser de alta potência, processamento a laser, tratamento médico a laser, imagem microscópica, LiDAR, iluminação de luz estruturada, exibição a laser e outros campos para mostrar um enorme potencial de aplicação, suas vantagens são principalmente:

1) Alta eficiência. A estrutura da unidade de difração projetada com precisão pode garantir que quase 100% da energia do laser seja projetada no padrão necessário, e a eficiência é muito maior do que a de máscaras e outros meios.

2) Fácil de usar. Os elementos ópticos difrativos têm tamanho e peso muito pequenos e podem ser usados ​​quando inseridos no caminho óptico. Na maioria dos casos, pode ser usado com lentes padrão, espelhos de campo, objetivas microscópicas, etc.

3) Flexibilidade. Graças ao rápido desenvolvimento da tecnologia de processamento micro e nano, o DOE pode ser personalizado para diferentes lasers ou diferentes distribuições de fase/intensidade de luz alvo. Ao mesmo tempo, a estrutura do caminho de luz do aplicativo DOE é muito simples e diferentes lentes podem ser usadas para obter pontos de luz de diferentes tamanhos geométricos.

Por ser um novo tipo de dispositivo óptico, é necessário entender suas características ao selecionar/usar elementos ópticos difrativos.

2. os princípios básicos da seleção de elementos ópticos difrativos

De acordo com diferentes usos, o DOE geralmente pode ser dividido em modelagem de feixe, divisão de feixe, luz estruturada, multifoco, outra geração de feixe especial e assim por diante. Cada categoria tem diferentes princípios, design e características de aplicação. Em geral, os seguintes princípios precisam ser observados antes de escolher usar componentes DOE:

1) O feixe gerado pelo elemento óptico difrativo não pode violar a lei de propagação da luz; A distribuição de intensidade de luz específica construída por ele só pode existir dentro de uma certa profundidade de campo. Portanto, quando em uso, a topografia, o tamanho, a distância de trabalho, a profundidade de campo, etc., às vezes não podem ser ambos, e compensações precisam ser feitas;

2) Os elementos ópticos difrativos são geralmente projetados de acordo com o comprimento de onda do laser, abertura do feixe, modo do feixe (M2) e distribuição de intensidade de campo próximo, portanto, esses parâmetros devem ser medidos com mais precisão antes da seleção. A incompatibilidade entre os parâmetros de uso e os parâmetros de projeto levará a um efeito de uso ruim ou mesmo não utilizado;

3) Os elementos ópticos difrativos são sensíveis ao ângulo da luz incidente e requerem melhor precisão e estabilidade de ajuste do caminho óptico;

4) A maioria dos elementos ópticos difrativos regula com precisão a fase da frente de onda do laser incidente, de modo que outros componentes no caminho óptico, como a lente inversa/transmissão, lente, etc., devem usar dispositivos de alta precisão e baixa diferença de onda, caso contrário, afetará o efeito final;

5) Tal como acontece com os elementos ópticos de transmissão convencionais, de acordo com os requisitos de diferentes comprimentos de onda e intensidade do laser, os elementos ópticos de difração podem ser feitos de quartzo, vidro, pedras preciosas, plásticos e resinas, ZnSe e outros materiais infravermelhos, e também podem ser revestidos com película anti-reflexo.

3. Elemento de modelagem de feixe

A modelagem de feixe com DOE pode atingir a forma de ponto especificada (quadrado, polígono, faixa, anel e círculo, etc.) e distribuição de energia (como topo plano, gaussiano, anel, tipo M, etc.) na superfície de trabalho.

1) Gerador de cartola

A distribuição plana é usada em várias cenas, como beleza médica a laser, processamento a laser, tratamento de superfície, etc. Os geradores de feixe plano podem transformar lasers de modo transversal único (distribuição Gaussiana, M2< 1.3) Transform into a circular, square, strip, and other uniform light intensity and clear edge distribution.

① Recursos do gerador de feixe plano:

· Adequado para feixe gaussiano de modo transversal único, M2 < 1,3;

· O gerador flat-top tem o melhor efeito quando colocado na cintura do feixe gaussiano;

· O gerador flat-top não pode produzir pontos com escala menor que o limite de difração, geralmente 1,5 a 5 vezes o limite de difração;

· Quando o gerador flat-top estiver em uso, o elemento óptico requer baixa diferença de onda, e a abertura efetiva deve ser mais que duas vezes o diâmetro da cintura do feixe incidente, preferencialmente 2,5 vezes;

· A forma do feixe alvo e a distribuição da intensidade só podem ser mantidas dentro de uma certa faixa de distância, geralmente metade do tamanho do ponto;

· Sensível ao diâmetro da luz incidente, posição central da luz incidente, ângulo incidente, etc.

② Principais aplicações do gerador de feixe de topo plano:

· Processamento e tratamento a laser: microfuro, furação, soldagem, corte, marcação, corrosão

· Medicina e beleza

· Exibição a laser

· Marcação e impressão.

2) Difusor/homogeneizador óptico

O homogeneizador de feixe também pode produzir uma variedade de formas e distribuição uniforme de energia (ou distribuição específica) de pontos de luz. Ao contrário do gerador de feixe de topo plano, que transforma o feixe gaussiano em uma distribuição de topo plano, o homogeneizador de feixe homogeneiza os pontos não uniformes e distribuídos irregularmente. Gerador de feixe de topo plano para modo único (M2< 1.3) Laser use, beam homogenizer for multi-mode laser homogenization effect is better.

Os homogeneizadores de feixe geralmente usam o "ângulo de difusão" para caracterizar a capacidade de divergência do feixe colimado após passar pelo dispositivo. Lentes de diferentes distâncias focais podem ser selecionadas para alcançar diferentes áreas de projeção.

①Use as características do homogeneizador de feixe:

· Insensível ao posicionamento vertical e desvio lateral;

· O desvio do Ângulo de incidência levará a um leve aumento na ordem zero;

· Insensível ao tamanho e polarização da luz incidente; Sem requisitos especiais para a qualidade dos componentes ópticos;

· O efeito de homogeneização de um laser de modo único com um M2 pequeno não é bom e há franjas de interferência, mas a borda do padrão é clara; O efeito de homogeneização de um laser multimodo com um grande M2 ​​é muito bom, mas a borda fica ligeiramente desfocada.

FIGO. Efeito de homogeneização do homogeneizador de feixe no laser monomodo (esquerda) e multimodo (direita)

Para requisitos de homogeneização a laser de modo único, geralmente é recomendado usar um gerador de topo plano, caso o gerador de topo plano não possa ser usado (como o ponto M2 é pequeno, mas a distribuição de intensidade é irregular).

②Principais aplicações do homogeneizador de feixe:

· Homogeneização e modelagem da intensidade da luz laser

· Processamento e tratamento: perfuração, fusão, marcação, marcação, soldagem

· Beleza médica

· Modelagem de feixe de excimer laser

· Supressão de ponto de calor

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