Kennen Sie die Klassifizierung von DOE-Lasern? (Teil 1)

Laser mit diffraktiven optischen Elementen (DOE). ist ein neues optisches Element, das sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. DOE verwendet normalerweise einen Mikro-Nano-Ätzprozess, um eine zweidimensionale Verteilung der Beugungselemente zu bilden. Jedes Beugungselement kann eine spezifische Morphologie, einen spezifischen Brechungsindex usw. aufweisen, um die Phasenverteilung der Laserwellenfront fein zu regulieren. Der Laser beugte sich, nachdem er jede Beugungseinheit durchlaufen hatte, und interferierte in einem bestimmten Abstand (normalerweise unendlich oder in der Brennebene der Linse), wodurch eine spezifische Verteilung der Lichtintensität entstand.

Abbildung 1: A) schematische Verwendung diffraktiver optischer Elemente; B) Gliederung; C) Schematische Darstellung der Oberflächenmikrostruktur

Nachdem optische Beugungselemente in Hochleistungslasern, Laserbearbeitung, medizinischer Laserbehandlung, mikroskopischer Bildgebung, LiDAR, strukturierter Lichtbeleuchtung, Laseranzeige und anderen Bereichen ein enormes Anwendungspotenzial aufgezeigt haben, sind ihre Vorteile vor allem:

1) Hohe Effizienz. Die genau gestaltete Struktur der Beugungseinheit kann sicherstellen, dass nahezu 100 Prozent der Laserenergie auf das erforderliche Muster projiziert werden, und die Effizienz ist viel höher als die von Masken und anderen Mitteln.

2) Einfach zu bedienen. Beugungsoptische Elemente haben eine sehr geringe Größe und ein sehr geringes Gewicht und können verwendet werden, wenn sie in den Strahlengang eingesetzt werden. In den meisten Fällen kann es mit Standardobjektiven, Feldspiegeln, Mikroskopobjektiven usw. verwendet werden.

3) Flexibilität. Dank der rasanten Entwicklung der Mikro- und Nanoverarbeitungstechnologie kann DOE für verschiedene Laser oder unterschiedliche Intensitäts-/Phasenverteilungen des Ziellichts angepasst werden. Gleichzeitig ist die Lichtwegstruktur der DOE-Anwendung sehr einfach und durch den Einsatz unterschiedlicher Linsen lassen sich Lichtpunkte unterschiedlicher geometrischer Größe erzielen.

Da es sich um einen neuartigen optischen Gerätetyp handelt, ist es bei der Auswahl/Verwendung diffraktiver optischer Elemente erforderlich, seine Eigenschaften zu verstehen.

2. Die Grundprinzipien der Auswahl diffraktiver optischer Elemente

Je nach Verwendungszweck kann DOE normalerweise in Strahlformung, Strahlteilung, strukturiertes Licht, Multifokus, andere spezielle Strahlerzeugung usw. unterteilt werden. Jede Kategorie weist unterschiedliche Prinzipien, Designs und Anwendungsmerkmale auf. Im Allgemeinen müssen die folgenden Grundsätze beachtet werden, bevor man sich für die Verwendung von DOE-Komponenten entscheidet:

1) Der vom diffraktiven optischen Element erzeugte Strahl darf das Ausbreitungsgesetz des Lichts nicht verletzen; Die dadurch konstruierte spezifische Lichtintensitätsverteilung kann nur innerhalb einer bestimmten Schärfentiefe vorliegen. Daher können bei der Verwendung die erforderliche Punkttopographie, Größe, Arbeitsabstand, Schärfentiefe usw. manchmal nicht beides sein und es müssen Kompromisse eingegangen werden;

2) Beugungsoptische Elemente werden normalerweise entsprechend der Laserwellenlänge, Strahlapertur, Strahlmodus (M2) und Nahfeldintensitätsverteilung entworfen, daher sollten diese Parameter vor der Auswahl genauer gemessen werden. Die Nichtübereinstimmung zwischen den Nutzungsparametern und den Entwurfsparametern führt zu einem schlechten Nutzungseffekt oder sogar zur Nichtnutzung;

3) Beugungsoptische Elemente reagieren empfindlich auf den Winkel des einfallenden Lichts und erfordern eine bessere Genauigkeit und Stabilität der optischen Wegeinstellung;

4) Die meisten diffraktiven optischen Elemente regulieren die Wellenfrontphase des einfallenden Lasers präzise, ​​daher sollten andere Komponenten im optischen Pfad wie die Umkehr-/Transmissionslinse, die Linse usw. hochpräzise Geräte mit geringer Wellendifferenz verwenden, andernfalls es wird den Endeffekt beeinflussen;

5) Wie bei herkömmlichen optischen Transmissionselementen können optische Beugungselemente entsprechend den Anforderungen unterschiedlicher Wellenlängen und Laserintensität aus Quarz, Glas, Edelsteinen, Kunststoffen und Harzen, ZnSe und anderen Infrarotmaterialien hergestellt und auch plattiert werden Antireflexionsfolie.

3. Strahlformendes Element

Durch die Strahlformung mit DOE kann die angegebene Punktform (Quadrat, Polygon, Streifen, Ring und Kreis usw.) und Energieverteilung (z. B. flache Oberseite, Gaußsche Kurve, Ring, M-Typ usw.) auf der Arbeitsfläche erreicht werden.

1) Zylindergenerator

Die Flat-Top-Verteilung wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. in der medizinischen Schönheitsbehandlung mit Lasern, bei der Laserbearbeitung, bei der Oberflächenbehandlung usw. Flat-Top-Strahlgeneratoren können Single-Transversal-Mode-Laser (Gaußsche Verteilung, M2) umwandeln< 1.3) Transform into a circular, square, strip, and other uniform light intensity and clear edge distribution.

① Merkmale des Flat-Top-Strahlgenerators:

· Geeignet für Einzel-Transversalmodus-Gauß-Strahl, M2 < 1,3;

· Der Flat-Top-Generator erzielt die beste Wirkung, wenn er auf der Taille des Gaußschen Strahls platziert wird.

· Der Flat-Top-Generator kann keine Flecken erzeugen, deren Maßstab kleiner als die Beugungsgrenze ist, normalerweise das 1,5- bis 5-fache der Beugungsgrenze;

· Wenn der Flat-Top-Generator verwendet wird, erfordert das optische Element einen geringen Wellenunterschied und die effektive Apertur sollte mehr als das Doppelte des Taillendurchmessers des einfallenden Strahls betragen, vorzugsweise das 2,5-fache;

· Die gewünschte Strahlform und Intensitätsverteilung kann nur innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereichs beibehalten werden, normalerweise der Hälfte der Spotgröße.

· Empfindlich gegenüber dem Durchmesser des einfallenden Lichts, der Mittenposition des einfallenden Lichts, dem Einfallswinkel usw.

② Hauptanwendungen des Flat-Top-Strahlgenerators:

· Laserbearbeitung und -behandlung: Mikrolochung, Bohren, Schweißen, Schneiden, Markieren, Korrosion

· Medizin und Schönheit

· Laseranzeige

· Markieren und Drucken.

2) Optischer Diffusor/Homogenisator

Der Strahlhomogenisator kann auch verschiedene Formen und eine gleichmäßige Energieverteilung (oder spezifische Verteilung) von Lichtpunkten erzeugen. Im Gegensatz zum Flat-Top-Strahlgenerator, der den Gaußschen Strahl in eine Flat-Top-Verteilung umwandelt, homogenisiert der Strahlhomogenisator die ungleichmäßigen und unregelmäßig verteilten Punkte. Flat-Top-Strahlgenerator für Singlemode (M2< 1.3) Laser use, beam homogenizer for multi-mode laser homogenization effect is better.

Strahlhomogenisatoren verwenden normalerweise den „Diffusionswinkel“, um die Divergenzfähigkeit des kollimierten Strahls nach dem Durchgang durch das Gerät zu charakterisieren. Um unterschiedliche Projektionsbereiche zu erreichen, können Objektive unterschiedlicher Brennweite gewählt werden.

①Gebrauchseigenschaften des Strahlhomogenisators:

· Unempfindlich gegenüber vertikaler Platzierung und seitlicher Abweichung;

· Die Abweichung des Einfallswinkels führt zu einem leichten Anstieg nullter Ordnung;

· Unempfindlich gegenüber Größe und Polarisation des einfallenden Lichts; Keine besonderen Anforderungen an die Qualität optischer Komponenten;

· Der Homogenisierungseffekt eines Singlemode-Lasers mit kleinem M2 ist nicht gut und es gibt Interferenzstreifen, aber die Musterkante ist klar; Der Homogenisierungseffekt eines Multimode-Lasers mit großem M2 ist sehr gut, der Rand ist jedoch leicht unscharf.

FEIGE. Homogenisierende Wirkung des Strahlhomogenisators auf Singlemode- (links) und Multimodelaser (rechts).

Für Single-Mode-Laserhomogenisierungsanforderungen wird im Allgemeinen die Verwendung eines Flat-Top-Generators empfohlen, falls der Flat-Top-Generator nicht verwendet werden kann (z. B. ist der Spot M2 klein, aber die Intensitätsverteilung unregelmäßig).

②Hauptanwendungen des Strahlhomogenisators:

· Homogenisierung und Formung der Laserlichtintensität

· Bearbeitung und Bearbeitung: Bohren, Schmelzen, Markieren, Markieren, Schweißen

· Medizinische Schönheit

· Strahlformung von Excimer-Lasern

· Unterdrückung von Hitzeflecken

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