Komponen optik diffraksiDOE Untuk pemprosesan bahan laser, perubatan

Komponen optik diffraksi

Komponen optik difraksi (DOEMenggunakan reka bentuk mikrostruktur untuk mengubah fase cahaya yang disebarkan. Reka bentuk yang munasabah mikrostruktur permukaan asal diffraksi optik membolehkan mana-mana cahaya yang sesuai dengan pengedaran kekuatan cahaya yang direka bentuk apabila dimasukkan cahaya tertentu.DOETeknologi mewujudkan banyak fungsi dan operasi cahaya yang tidak boleh dilakukan oleh sistem optik tradisional. Dalam banyak aplikasi, teknologi ini sangat meningkatkan prestasi sistem. Sistem optik diffraksi mempunyai banyak kelebihan, seperti: kecekapan tinggi, ketepatan tinggi, saiz kecil, berat rendah, dan yang paling penting, ia fleksibel untuk memenuhi pelbagai keperluan aplikasi yang berbeza.

DOEProduk: pembahagi balok dan pemotong balok.

Pemisah sinar cahayaDOEDigunakan untuk membahagikan sinar laser tunggal kepada beberapa sinar, setiap sinar mempunyai ciri-ciri yang sama dengan sinar masuk (kecuali kuasa dan sudut penyebaran). Mengikut corak diffraksi pemecah,Pemecah boleh menghasilkan1susunan sinar cahaya (1×Natau2matriks sinar cahaya (M×Nkepada). PemecahDOESinar masuk juga boleh dibahagikan kepada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada sebahagian daripada seba Pemisah sinar perlu digunakan bersama-sama dengan cahaya monochrome (seperti sinar laser), dan pemisah sinar yang berbeza mempunyai sudut pemisahan antara panjang gelombang tertentu dan sinar output tertentu.

Keseluruhan sinar dapat menukar sinar Gaussian hampir pada permukaan kerja kepada sinar seragam bulat, segi empat, persegi dan garis, dan kontur tepi (pengagihan kekuatan cahaya). Sangat jelas, dan pembentuk sinar pada masa yang sama boleh mencapai pengedaran kekuatan output yang seragam, membolehkan pemprosesan laser untuk merawat permukaan, mencegah pendedahan berlebihan atau pendedahan yang tidak mencukupi di kawasan tertentu. Di samping itu, bintik mempunyai kawasan peralihan yang curam, sehingga membentuk sempadan yang jelas antara kawasan yang dirawat dan kawasan yang tidak dirawat. Siri rectifier sinar termasuk equalizer,top-hat, lensa vortex (lembaran fase spiral) dan kerucut poros difraksi.

DOEAplikasi khas

Dengan peningkatan kuasa laser, komponen optik pengguna banyak sistem bersepadu mungkin tidak dapat menahan laser berkuasa tinggi. Oleh itu, ambang kerosakan yang diinduksi laser (LIDTatauLDTParameter menjadi faktor penting apabila memilih komponen optik. Ambang kerosakan yang tinggi bagi komponen optik diffraksi menjadikannya ideal untuk sistem dan aplikasi perindustrian berkuasa tinggi. Aplikasi pemprosesan bahan laser dan kecantikan perubatan berasaskan laser memerlukan laser berkuasa tinggi.

Gambar1Pengedaran bintik yang berbeza dari kiri ke kanan:5×5susunan, rawak, susunan segi enam, bulat

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

Aplikasi komponen optik difraksi dalam aplikasi pemprosesan bahan laser

Baru-baru ini, pembangunan sistem laser baru untuk keperluan perindustrian telah meningkat. Banyak proses baru telah dibangunkan dan banyak proses pemprosesan tradisional telah digantikan oleh proses pemprosesan laser. Pemprosesan bahan laser menyumbang sebahagian besar daripada pasaran laser keseluruhan,DOEIa memainkan peranan penting dalam menyediakan pembentukan sinar laser untuk proses penyesuaian. Teknologi pembentukan dan seragaman sinar laser adalah langkah penting untuk mengoptimumkan banyak aplikasi pemprosesan bahan laser.DOEBiasanya digunakan untuk sistem pemesinan laser dan pemesinan laser, pengeboran laser, pemotongan laser dan pemesinan lain untuk membentuk struktur ciri kecil di permukaan.

DOERawatan kecantikan berasaskan laser

Dengan penggunaan teknologi laser menjadi alat yang lebih diperlukan dalam bidang perubatan dan estetika, keupayaan untuk mengawal output laser menjadi semakin penting.DOEPenyelesaian yang unik disediakan yang membolehkan sinar berfungsi dalam pelbagai cara sambil mengekalkan komponen yang ringan. Rawatan kecantikan biasanya menggunakan laser berkuasa tinggi. Laser memerlukan pendedahan cahaya yang seragam dan tepat, dengan tepi tajam yang tepat dan kecekapan yang tinggi. Ini adalah penyelesaian yang sesuai untuk pembentukan sinar menggunakan peranti optik diffraksi.DOEBiasanya digunakan untuk penghapusan rambut laser, penghapusan tatu laser, pembaikan kulit, pembaharuan kulit dan banyak lagi.

Komponen optik diffraksi - pemecah

Prinsip kerja pemecah sangat mudah. Mengikut keperluan sistem pelanggan, dari sinar input lurus, sinar output dalam sudut pemisahan dari pemecahDOEKeluar, sudut pemisahan diDOEsudut yang ditentukan semasa reka bentuk dan pemisahan sangat tepat (kesilapan)<0.03mRadkepada). Pemisahan sinar cahaya direka untuk medan jauh. Oleh itu, dengan cahaya diDOEKemudian terus menyebar, mereka menjadi lebih jelas.

Gambar3PemecahDOEpersediaan asas,EFL =Jarak fokus yang berkesan,m =pelbagai titik (titik), θs=sudut pemisahan antara dua tumpuan,d = 2jarak antara tumpuan, θf= seluruh sudut,D =Panjang susunan titik cahaya

Gambar4 1×6Pelbagai titik menyebar dalam media dispersi

Pelbagai bintik cahaya yang dihasilkan dengan "gred sifar" tidak dipecahkan dan sinar cahaya mematuhi undang-undang refleksi dan pecahan. Untuk pembahagi standard dengan bilangan sinar ganjil, sudut pemisahan adalah bilangan peringkat+1dan bilangan0sudut antara0cahaya yang dijangka). Bagi pembahagi standard dengan bilangan pasang sinar cahaya, sudut pemisahan adalah+1peringkat dan-1Sudut antara peringkat (peringkat sifar bukan sinar yang diperlukan).

Komponen optik difraksi - penggunaanDOEPembentukan sinar cahaya

Pembentuk sinar diffraksi adalah komponen fase yang menukar sinar input Gaussian kepada bintik seragam dengan tepi tajam pada jarak kerja tertentu. Setiap pembentuk sinar hanya boleh digunakan dalam keadaan optik tertentu, iaitu satu set parameter sistem optik yang unik: panjang gelombang, saiz sinar input, jarak kerja dan saiz bintik output.

Tetapan yang paling asas dalam aplikasi pembentuk sinar termasuk laser, komponen pembentuk sinar diffraksi dan permukaan yang akan dirawat.

Pembentuk sinar rata

Pembentuk sinar topi atas digunakan untuk menukar sinar laser Gaussian ke bintik dengan kekuatan seragam dalam bentuk bulat, persegi panjang, persegi, garis atau bentuk lain dengan tepi tajam berkualiti tinggi dalam bidang kerja tertentu. Untuk mendapatkan prestasi plastik sinar berkualiti tinggi, output laser harus mono-mode (TEM00），M2nilai<1.3.

Pembentuk sinar boleh meninggalkan bintik cahaya yang seragam di permukaan objek yang akan dirawat dan mengelakkan pendedahan yang berlebihan atau pendedahan yang kurang pada permukaan kawasan tertentu. Di samping itu, bintik ini dicirikan oleh kawasan peralihan yang tajam yang membentuk sempadan yang jelas antara kawasan yang dirawat dan kawasan yang tidak dirawat. Pembangunan sinar topi atas mempunyai kecekapan yang tinggi (biasanya> 95peratus), keseragaman yang sangat baik (biasanya ±5peratus), kawasan peralihan curam dan ambang kerosakan laser yang tinggi. Di samping itu, pembentuk sinar topi atas sensitif kepada saiz sinar input, jarak kerja dan pergeseran komponen. Atas rataDOEBiasanya digunakan dalam aplikasi pemprosesan bahan laser (penghancuran laser, pemotongan laser, pengeboran laser), rawatan estetik (tatu dan pengurangan rambut), aplikasi saintifik (sitologi aliran) dan banyak lagi.

Homogenizer - pembentuk sinar

Pengecualian optikDOETukar sinar input satu atau pelbagai mod kepada sinar output yang ditakrifkan dengan jelas, yang dicirikan dengan bentuk yang dikehendaki dan kekuatan atap rata yang seragam. Bentuk yang paling biasa diperoleh oleh penyebar adalah bulat, persegi, segi empat, oval dan segi enam. Pada masa yang sama, imej boleh direka dalam hampir apa-apa bentuk. Tepi sinar penyebaran biasanya curam boleh ditentukan. Nisbah antara sudut penyebaran input dan sudut penyebaran equalizer menentukan nisbah antara kawasan peralihan dan kawasan penyebaran sinar output. Untuk mencapai pengagihan kekuatan sinar cahaya yang sesuai dalam medan jauh atau bidang fokus,DOEEqualizer membahagikan cahaya masuk ke arah separuh rawak di arah separuh rawak medan. Kaedah ini membolehkan untuk merancang komponen yang mampu menghasilkan bentuk apa-apa, dengan sudut output yang tepat dan saiz dalam keadaan yang seragam kekuatan cahaya. Prestasi penyebar sangat bergantung kepada parameter sinar masuk, di samping itu, dengan menggunakan tinggiM2sinar input boleh mencapai keseragaman yang lebih tinggi (gambar7kepada). Pembentuk sinar homogen tidak sensitif kepada saiz sinar, pergeseran dan kecenderungan komponen. Ia menyediakan ambang kerosakan laser yang tinggi, manakala keseragaman dan kecekapan berubah mengikut reka bentuk. PenghomogenDOEBiasanya digunakan dalam aplikasi pemprosesan bahan laser (kimpalan laser, laser solder), rawatan estetika (tatu)/Penghilangan rambut, profil badan) dan lain-lain.

Gambar5Pembentuk sinar cahayaDOEpersediaan asas,d =membentuk saiz bintik,D =diameter sinar cahaya,EFL =Jarak fokus yang berkesan.

Gambar6Pengedaran kekuatan topi atas, kiri: persegi, kanan: bulat

Gambar7berdasarkan prestasi homogenM2Perubahan, kiri:M2 = 1Kanan:M2 = 10 Gambar8Lenta vortexDOEtangga

Komponen optik difraksi - helik

Lenta vortexDOETukar pengedaran input Gauss kepada cincin tenaga cincin. Lembaga fasa spiral adalah elemen optik yang unik dengan struktur yang terdiri sepenuhnya daripada fasa spiral atau spiral yang bertujuan untuk mengawal fasa sinar penerusan. Kedalaman ukiran keseluruhan dari bahagian atas ke bahagian bawah "tangga" adalah fungsi daripada reka bentuk panjang gelombang dan indeks optik substrat. Dalam keadaan umum, kedalaman ini mempunyai gred kuantiti yang sama dengan panjang gelombang reka bentuk. Oleh itu, setiap panel vortex adalah panjang gelombang khusus. Putaran optik memerlukan masukan mod tunggal yang lurus (TEM00Gauss memasukkan sinar cahaya dan ia menukarnya kepadaTEM01Mod simetri poros.

Menggunakan diameter sinar input yang lebih besar mempunyai dua kelebihan yang jelas. Pertama, sinar cahaya yang lebih besar mengurangkan pasangan output sedikitDOESensitiviti toleransi diselaraskan. Kedua, diameter sinar input yang lebih besar akan dapat menghasilkan titik aliran pusaran yang lebih kecil, yang biasanya merupakan hasil yang diingini dalam banyak aplikasi. Lensa berputar mempunyai kecekapan tinggi (biasanya> 90peratus) dan ambang kerosakan yang lebih rendah. Ia mempunyai kepekaan pergeseran dan putaran komponen. Lenta vortexDOEBiasanya digunakan dalam aplikasi pemprosesan bahan (kimpalan), komunikasi optik (penukaran dan penjanaan mod optik), aplikasi saintifik (STEDmikroskop, pin optik) dan sebagainya.

Ringkasan:

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, komponen optik diffraksi telah menjadi teknologi yang matang dan digunakan secara meluas.DOETeknologi ini digunakan terutamanya untuk pembentukan sinar dan pembahagian sinar. Ia terutamanya digunakan dalam bidang pemprosesan bahan laser, perubatan estetika dan aplikasi saintifik, dan mempunyai pasaran yang besar, menyumbang sebahagian besar daripada keseluruhan pasaran aplikasi laser. Oleh kerana peningkatan kuasa laser dan keperluan ketepatan yang ketat,DOEambang kerosakan laser yang tinggi dan ciri-ciri ketepatan yang tinggi menjadikannya solusi yang berkesan untuk menyelesaikan masalah aplikasi laser.