Diffraktionsoptische KomponentenDOE Laserbearbeitung, Medizin und Kosmetik

Diffraktionsoptische Komponenten

Diffractionsoptische Komponenten (DOEVerwenden Sie ein Mikrostrukturdesign, um die Phase des Lichts zu ändern, das sie verbreiten. Eine vernünftige optische Diffraktionsmikrostruktur der ursprünglichen Oberfläche ermöglicht es, jedes Licht auszugeben, das der Verteilung der Lichtintensität entspricht, wenn ein bestimmtes Licht eingegeben wird.DOEDie Technologie ermöglicht viele Funktionen und Lichtbedienungen, die herkömmliche optische Systeme nicht durchführen können. In vielen Anwendungen verbessern diese Technologien die Systemleistung erheblich. Die Diffraktionsoptik bietet viele Vorteile, wie z. B. hohe Effizienz, hohe Präzision, kleine Abmessungen, geringes Gewicht und vor allem die Flexibilität, um eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

DOEProdukte: Strahlteiler und Strahlformer.

StrahlenteilerDOEEs wird verwendet, um einen einzelnen Laserstrahl in mehrere Strahlen zu teilen, von denen jeder die gleichen Eigenschaften hat wie der einfallende Strahl (außer Leistung und Verbreitungswinkel). Nach Diffraktionsmuster des Bündels,Der Splitter kann1Dimensionstrahlenararrange (1×Noder2Lichtstrahlmatrix (M×N). BündelteilerDOEEingangsstrahlen können auch in unterschiedliche Fleckenverteilungen unterteilt werden, wie z. B. Kreise, Zufallsmuster, Sechseckarrays usw. Strahltrenner müssen mit einfarbigem Licht (z. B. Laserstrahl) verwendet werden, wobei verschiedene Strahltrenner einen Trennwinkel zwischen bestimmten Wellenlängen und einem bestimmten Ausgangsstrahl haben.

Der gesamte Lichtstrahl kann den nahe Gaussischen Strahl auf der Arbeitsfläche in einen gleichmäßigen, kreisen, rechteckigen, quadratischen und linearen Strahl mit Randkonturen (Lichtintensitätsverteilung) umwandeln. Sehr klar und gleichzeitig ermöglicht der Strahlformer eine gleichmäßige Verteilung der Ausgangsintensität, so dass die Oberfläche bei der Laserbearbeitung gleichmäßig behandelt werden kann, um eine Überbelichtung oder eine mangelnde Belichtung in bestimmten Bereichen zu verhindern. Darüber hinaus verfügen die Flecken über steile Übergangsbereiche, die eine klare Grenze zwischen dem behandelten und dem unbehandelten Bereich bilden. Die Strahlenformer-Serie umfasst Gleichwerter,top-hatWirbelinsen (Spiralphasenplatten) und Diffractionswellenkonuse.

DOETypische Anwendungen

Mit zunehmender Laserleistung können die optischen Komponenten vieler integrierter Systeme möglicherweise nicht leistungsstarken Lasern standhalten. Laser-induzierte Schädigungsschwelle (LIDToderLDTParameter werden ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der optischen Komponenten. Die hohe Schädigungsschwelle für diffraktionsoptische Komponenten macht sie zur idealen Wahl für leistungsstarke industrielle Systeme und Anwendungen. Sowohl Anwendungen zur Laserbearbeitung als auch laserbasierte medizinische Kosmetik (MED) erfordern leistungsstarke Laser.

Diagramm1Verschiedene Splitter Flecken Verteilung von links nach rechts:5×5Array, zufällig, Sechseckarray, rund

Diagramm2Ergebnis verschiedener Strahlformen von links nach rechts: Homogener, Flachlicht, Wirbelinsen und Diffraktionsprisma

Anwendung diffraktionsoptischer Komponenten in der Laserbearbeitung

In letzter Zeit hat sich die Entwicklung neuer Lasersysteme für industrielle Anforderungen verstärkt. Viele neue Prozesse wurden entwickelt und viele der herkömmlichen Verarbeitungsprozesse wurden durch Laserbearbeitungsprozesse ersetzt. Die Laserbearbeitung macht einen großen Teil des gesamten Lasermarktes aus.DOESie spielt eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung einer anpassungsfähigen Laserstrahlformung. Laserstrahlformtechniken und -homogenisierungstechniken sind wesentliche Schritte zur Optimierung vieler Anwendungen bei der Laserbearbeitung von Materialien.DOEIn der Regel verwendet Lasererosion und Laserbearbeitungssysteme, Laserbohrungen, Laserschneiden und andere Bearbeitungen, um kleine charakteristische Strukturen auf der Oberfläche zu bilden.

DOELaserbasierte Schönheitsbehandlungen

Da der Einsatz von Lasertechnologien zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Bereich der Medizin und Kosmetik wird, wird die Fähigkeit, die Laserausgabe zu steuern, immer wichtiger.DOEEs bietet eine einzigartige Lösung, die es ermöglicht, den Strahl auf verschiedene Weise zu bedienen, während die Komponenten leicht sind. Schönheitsbehandlungen verwenden in der Regel einen leistungsstarken Laser. Der Laser erfordert eine gleichmäßige und präzise Lichtbelichtung mit präzisen scharfen Kanten und gleichzeitig hohe Effizienz. Dies ist die ideale Lösung für die Strahlformung mit Diffraktionsoptik.DOEHäufig verwendet Laser-Haarentfernung, Laser-Tattoo-Entfernung, Hautreparation, Hautregeneration und vieles mehr.

Diffractionsoptische Komponenten - Strahlteiler

Das Arbeitsprinzip des Splitters ist sehr einfach. Abhängig von den Systemanforderungen des Kunden, von der geradlinigen Eingangsstrahl, der Ausgangsstrahl im Trennwinkel vom StrahlteilerDOERaus, der Trennungswinkel istDOEder während der Konstruktion festgelegte und sehr genaue Trennwinkel (Fehler<0.03mRad). Die Trennung von Lichtstrahlen ist für Fernfelder konzipiert. Mit dem Licht inDOEDanach weiter verbreitet, werden sie deutlicher.

Diagramm3BündelteilerDOEGrundeinstellungen,EFL =effektive Brennweite,m =mehrere Punkte (Punkte), θs=Trennungswinkel zwischen zwei Schwerpunkten,d = 2Entfernung zwischen den Schwerpunkten (Distanz), θf= Die ganze Ecke,D =Länge des Lichtpunktarrays

Diagramm4 1×6Mehrpunktige Verbreitung in Diffusionsmedien

Die erzeugten Multiflecken mit "Null-Grad" differieren nicht und der Strahl befolgt das Gesetz der Reflexion und der Brechung. Bei Standard-Strahlteilern mit ungeraden Strahlzahlen ist der Trennwinkel die Reihenzahl+1und Reihenzahl0Der Winkel zwischen0das gewünschte Licht). Bei einem Standard-Strahlteiler mit einer gleichen Anzahl von Strahlen ist der Trennwinkel+1Klasse und-1Der Winkel zwischen den Stufen (Null-Stufen sind keine gewünschten Strahlen).

Diffractionsoptische Komponenten - VerwendungDOEStrahlenformation

Der Diffraktionsstrahlformer ist ein Phasenelement, das den Gaussischen Eingangsstrahl in einen homogenen Fleck mit scharfen Kanten in einem bestimmten Arbeitsabstand umwandelt. Jeder Strahlformer kann nur unter bestimmten optischen Bedingungen eingesetzt werden, nämlich unter einem einzigartigen Satz optischer Systemparameter: Wellenlänge, Eingangsstrahlgröße, Arbeitsabstand und Ausgangsfleckgröße.

Die grundlegendsten Einstellungen in Strahlformungsanwendungen umfassen den Laser, die Diffraktionsstrahlformungskomponenten und die zu bearbeitende Oberfläche.

Flachdachstrahlformer

Der Top-Cap-Strahlformer wird verwendet, um den Gaussianischen Laserstrahl in eine gleichmäßige Intensität von Flecken in runden, rechteckigen, quadratischen, linearen oder anderen Formen zu verwandeln, die in einer bestimmten Arbeitsebene mit qualitativ hochwertigen scharfen Kanten ausgestattet sind. Um eine qualitativ hochwertige Strahlformerleistung zu erzielen, sollte der Laserausgang einmodus sein (TEM00），M2Werte<1.3.

Der Strahlformer ermöglicht gleichmäßige Lichtflecken auf der zu behandelnden Objektoberfläche und verhindert eine Überbelichtung oder eine Unterbelichtung bestimmter Bereiche. Darüber hinaus zeichnet sich der Fleck durch scharfe Übergangsbereiche aus, die eine klare Grenze zwischen dem behandelten und dem unbehandelten Bereich bilden. Top Cap Strahlformer mit hoher Effizienz (in der Regel> 95% ausgezeichnete Gleichmäßigkeit (in der Regel ±5Steile Übergangszonen und hohe Schwellen für Laserschäden. Darüber hinaus sind die Top-Cap-Strahlformer empfindlich auf die Eingangsstrahlgröße, den Arbeitsabstand und die Verschiebung der Komponenten. Flache SpitzeDOENormalerweise verwendet für Lasermaterialverarbeitungsanwendungen (Laserablation, Laserschneiden, Laserbohren), ästhetische Behandlungen (Tätowierungen und Haarentfernung), wissenschaftliche Anwendungen (Durchflusszytometrie) und so weiter.

Homogenisierer Beam Shaper

Optischer HomogenisatorDOEKonvertieren Sie einen Ein- oder Mehrmodus-Eingangsstrahl in einen klar definierten Ausgangsstrahl, der sich durch eine gewünschte Form und gleichmäßige Flat Top-Intensität auszeichnet. Die häufigsten Formen, die von Diffusoren erhalten werden, sind kreisförmig, quadratisch, rechteckig, elliptisch und sechseckig. Inzwischen können Bilder fast jeder Form gestaltet werden. Der Rand eines diffusen Strahls ist normalerweise steil und bestimmbar. Das Verhältnis zwischen dem Eingangsdivergenzwinkel und dem Diffusionswinkel des Homogenisators bestimmt das Verhältnis zwischen dem Übergangsbereich und dem Homogenisierungsbereich des Ausgangsstrahls. Um die ideale Intensitätsverteilung des Strahls im Fernfeld oder in der Fokusebene zu erreichen,DOEDer Homogenisator teilt das einfallende Licht in eine halbzufällige und eine halbe zufällige Richtung auf. Mit dieser Methode können Bauteile konstruiert werden, die beliebige Formen erzeugen und präzise Ausgangswinkel und -größen unter gleichmäßigen Lichtintensitätsbedingungen haben. Die Leistung des Diffusors hängt weitgehend von den Parametern des einfallenden Strahls ab, und darüber hinaus durch Verwendung hoherM2Der Eingangsstrahl kann eine höhere Gleichmäßigkeit erreichen (Abbildung)7）. Homogenisator Strahlformer ist unempfindlich gegenüber Strahlgröße, Verschiebung und Bauteilneigung. Es bietet eine hohe Laserschädenschwelle, während Gleichmäßigkeit und Effizienz je nach Design variieren. HomogenisatorDOENormalerweise verwendet für Laser-Materialbearbeitungsanwendungen (Laserschweißen, Laserlöten), ästhetische Behandlungen (Tätowierungen)/Haarentfernung, Körperkonturierung usw.

Bild5StrahlformerDOEGrundeinstellungen,d =Formung der Spotgröße,D =Strahldurchmesser,EFL =Effektive Brennweite.

Bild6Kraftverteilung der oberen Kappe, links: quadratisch, rechts: kreisförmig

Bild7Homogenisator-Leistung basierend aufM2Ändern, links:M2 = 1Rechts:M2 = 10 Bild8VortexlinseDOETreppenphase

Optisches Element der Beugung mit spiralförmiger Phasenplatte

VortexlinseDOEKonvertiert die Gaussische Eingangsverteilung in einen ringförmigen Energiering. Die Spiralphasenplatte ist ein einzigartiges optisches Element, dessen Struktur ausschließlich aus einer Spirale oder einer Spiralphase besteht, mit dem Ziel, die Phase des durchlässigen Lichtstrahls zu steuern. Die gesamte Ätztiefe von oben nach unten der "Treppe" ist eine Funktion der Designwellenlänge und des optischen Indexes des Substrats. Unter allgemeinen Bedingungen hat diese Tiefe den gleichen Größengrad wie die entworfene Wellenlänge. Daher ist jede Wirbelplatte wellenlängenspezifisch. Der optische Wirbel erfordert die Eingabe eines geradlinigen Einmodus (TEM00Gauss gibt den Strahl ein und verwandelt ihn inTEM01Achssymmetriemodus.

Die Verwendung eines größeren Eingangsstrahldurchmessers hat zwei offensichtliche Vorteile. Erstens reduziert der größere Strahl das Ausgangspaar etwas.DOEDie Empfindlichkeit der Toleranzen. Zweitens können größere Eingangsstrahldurchmesser kleinere Wirbelstrompunkte erzeugen, was in vielen Anwendungen oft das gewünschte Ergebnis ist. Wirbelinsen mit hoher Effizienz (in der Regel> 90% und eine niedrigere Schadensschwelle. Es hat eine Empfindlichkeit für die Verschiebung und Drehung der Komponenten. WirbelinsenDOEGewöhnlich für Materialverarbeitungsanwendungen (Schweißen), optische Kommunikation (optische Musterkonversion und -erzeugung), wissenschaftliche Anwendungen (STEDMikroskope, optische Pinzen usw.

Zusammenfassung:

Diffraktionsoptische Komponenten sind in den letzten Jahren zu einer ausgereiften und weit verbreiteten Technologie geworden.DOEDie Technologie wird hauptsächlich für die Strahlformung und -teilung verwendet. Es wird hauptsächlich in Anwendungen der Lasermaterialverarbeitung, medizinischen und wissenschaftlichen Anwendungen angewendet und hat einen großen Markt, der einen großen Teil des gesamten Marktes für Laseranwendungen ausmacht. Aufgrund der ständigen Verbesserung der Laserleistung und der ständigen strengen Anforderungen an die Genauigkeit,DOEDie hohe Schwelle für Laserschäden und die hohe Präzision machen es zu einer effektiven Lösung für die Lösung von Problemen bei Laseranwendungen.