Οπτικά συστατικά διάσπαρσηςDOE Για επεξεργασία υλικών με λέιζερ, ιατρική και αισθητική

Οπτικά συστατικά διάσπαρσης

Οπτικά συστατικά διάσπαρσης (DOEΧρησιμοποιήστε το σχεδιασμό μικροδιαρθρώσεων για να αλλάξετε τη φάση του φωτός που εξαπλώνεται. Μικροδομή της πρωτότυπης επιφάνειας με λογικό σχεδιασμό οπτικής διάσπαρσης επιτρέπει την έξοδο οποιουδήποτε φωτός που ανταποκρίνεται στην κατανομή της έντασης του φωτός που έχει σχεδιαστεί όταν εισάγεται συγκεκριμένο φως.DOEΗ τεχνολογία πραγματοποιεί πολλές λειτουργίες και λειτουργίες του φωτός που δεν είναι εφικτές για τα παραδοσιακά οπτικά συστήματα. Σε πολλές εφαρμογές, αυτές οι τεχνολογίες βελτιώνουν σημαντικά την απόδοση του συστήματος. Το σχέδιο οπτικής διάσπρασης έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως: υψηλή απόδοση, υψηλή ακρίβεια, μικρό μέγεθος, χαμηλό βάρος και, το πιο σημαντικό, είναι ευέλικτο για να ανταποκριθεί σε μια ποικιλία διαφορετικών απαιτήσεων εφαρμογής.

DOEΠροϊόντα: Διαχωριστές ακτίνων και διαμορφωτές ακτίνων.

Διαχωριστής ακτίνωνDOEΧρησιμοποιείται για να χωρίσει μια μεμονωμένη ακτίνα λέιζερ σε διάφορες ακτίνες, κάθε ακτίνα έχει τις ίδιες ιδιότητες με την εισερχόμενη ακτίνα (εκτός από την ισχύ και τη γωνία διάδοσης). Σύμφωνα με το σχέδιο διάσπαρσης του διαχωριστή,Ο διαχωριστής μπορεί να παράγει1Διάσταση ακτίνας φωτός (1×Nή2Πίνακας ακτίνων διαστάσεων (M×Nκαι). ΔιαχωριστήςDOEΟι εισερχόμενες ακτίνες μπορούν επίσης να χωριστούν σε διαφορετικές κατανομές λεκέδων, όπως στρογγυλές, τυχαία μοτίβα, εξαγωνικές τάξεις κλπ. Οι διαχωριστές ακτίνων πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με μονόχρωμο φως (π.χ. ακτίνες λέιζερ), με διαφορετικούς διαχωριστές ακτίνων να έχουν συγκεκριμένα μήκη κύματος και γωνία διαχωρισμού μεταξύ συγκεκριμένων ακτίνων εξόδου.

Το σύνολο της δέσμης είναι σε θέση να μετατρέψει τη δέσμη Gauss σε μια ομοιόμορφη δέσμη στρογγυλού, ορθογώνιου, τετράγωνου και γραμμικού φωτός στην επιφάνεια εργασίας, με περιγράμματα άκρων (κατανομή της έντασης του φωτός). Πολύ σαφής και ταυτόχρονα ο διαμορφωτής ακτίνας μπορεί να επιτύχει ομοιόμορφη κατανομή της έντασης εξόδου, επιτρέποντας την ομοιόμορφη επεξεργασία των επιφανειών κατά την επεξεργασία με λέιζερ, αποτρέποντας την υπερβολική ή ανεπαρκή έκθεση σε συγκεκριμένες περιοχές. Επιπλέον, οι λεκέδες έχουν απότομες μεταβατικές περιοχές, δημιουργώντας σαφή σύνορα μεταξύ των περιοχών επεξεργασίας και των περιοχών που δεν επεξεργάζονται. Η σειρά διαμορφωτών ακτίνων περιλαμβάνει εξομοιωτές,top-hat, σπειροειδή φακούς (σπειροειδή φάση πλάκα) και κωνοσκόπια διάσπαρσης άξονα.

DOEΤυπικές εφαρμογές

Καθώς η ισχύς του λέιζερ αυξάνεται συνεχώς, πολλά οπτικά συστατικά του χρήστη των ενσωματωμένων συστημάτων μπορεί να μην αντέξουν λέιζερ υψηλής ισχύος. Ως εκ τούτου, το κατώτατο όριο βλάβης που προκαλείται από το λέιζερ (LIDTήLDTΟι παραμέτροι γίνονται σημαντικοί παράγοντες κατά την επιλογή των οπτικών στοιχείων. Τα υψηλά όρια βλάβης για τα διάσπαρτα οπτικά στοιχεία τα καθιστούν ιδανικά για βιομηχανικά συστήματα και εφαρμογές υψηλής ισχύος. Οι εφαρμογές επεξεργασίας υλικών λέιζερ και η ιατρική ομορφιά με βάση το λέιζερ απαιτούν λέιζερ υψηλής ισχύος.

Διαγράμματα1Διαφορετικές διανομές λεκέδων διαχωριστών, από αριστερά προς τα δεξιά:5×5Σύνολο, τυχαίο, εξαγωνικό, στρογγυλό

Διαγράμματα2Αποτελέσματα διαφορετικών μορφών ακτίνων, από αριστερά προς τα δεξιά: ομοιογενοποιητής, επίπεδο φως, γύρο φακούς και διπλαστικό πρίσμα

Εφαρμογή οπτικών συστατικών διάσπαρσης σε εφαρμογές επεξεργασίας υλικών με λέιζερ

Πρόσφατα, η ανάπτυξη νέων συστημάτων λέιζερ για τις βιομηχανικές ανάγκες έχει αυξηθεί. Πολλές νέες διαδικασίες αναπτύχθηκαν και πολλές από τις παραδοσιακές επεξεργασίες αντικαταστάθηκαν από επεξεργασίες λέιζερ. Η επεξεργασία υλικών λέιζερ αντιπροσωπεύει ένα μεγάλο μέρος της συνολικής αγοράς λέιζερ,DOEΔιαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην παροχή διαμόρφωσης ακτίνων λέιζερ προσαρμοσμένης διαδικασίας. Οι τεχνολογίες διαμόρφωσης και ομοιόμορφωσης ακτίνων λέιζερ είναι απαραίτητα βήματα για τη βελτιστοποίηση πολλών εφαρμογών επεξεργασίας υλικών λέιζερ.DOEΣυνήθως χρησιμοποιούνται σε συστήματα διάβρωσης λέιζερ και επεξεργασίας λέιζερ, τρύπηση λέιζερ, κοπή λέιζερ και άλλες επεξεργασίες για να σχηματίσουν μικρές δομές χαρακτηριστικών στην επιφάνεια.

DOEΘεραπεία ομορφιάς με laser

Καθώς η χρήση της τεχνολογίας λέιζερ γίνεται όλο και πιο απαραίτητο εργαλείο στον τομέα της ιατρικής και της αισθητικής, η ικανότητα ελέγχου της παραγωγής λέιζερ γίνεται όλο και πιο σημαντική.DOEΠροσφέρει μια μοναδική λύση που επιτρέπει στη δέσμη να λειτουργεί με διάφορους τρόπους διατηρώντας παράλληλα το ελαφρύ στοιχείο. Οι θεραπείες ομορφιάς συνήθως χρησιμοποιούν λέιζερ υψηλής ισχύος. Απαιτεί ομοιόμορφη και ακριβή έκθεση στο φως του λέιζερ, με ακριβείς αιχμηρές άκρες και ταυτόχρονα υψηλή απόδοση. Αυτή είναι η ιδανική λύση για τη διαμόρφωση ακτίνων με τη χρήση οπτικής διάσπαρσης.DOEΣυνήθως χρησιμοποιείται για την αφαίρεση μαλλιών με λέιζερ, αφαίρεση τατουάζ με λέιζερ, επισκευή του δέρματος, αναγέννηση του δέρματος κλπ.

Οπτικά συστατικά διάσπαρσης - Διαχωριστές δέσμης

Η αρχή λειτουργίας του διαχωριστή είναι πολύ απλή. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις συστήματος του πελάτη, η δέσμη εισόδου από ευθεία, η δέσμη εξόδου με γωνία διαχωρισμού από το διαχωριστή δέσμηςDOEΒγείτε έξω, η γωνία διαχωρισμού είναιDOEκαθορίζεται κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και η γωνία διαχωρισμού είναι πολύ ακριβής (σφάλμα)<0.03mRadκαι). Ο διαχωρισμός των ακτίνων φωτός έχει σχεδιαστεί για μακρινά πεδία. Έτσι, με το φως στοDOEΜετά συνεχίζουν να εξαπλώνονται και γίνονται πιο σαφείς.

Διαγράμματα3ΔιαχωριστήςDOEβασικές ρυθμίσεις,EFL =αποτελεσματική απόσταση εστίασης,m =Πολλά σημεία (σημεία), θs=Η γωνία διαχωρισμού μεταξύ των δύο εστίων,d = 2απόσταση μεταξύ της εστίασης, θf= Όλη η γωνία,D =Μήκος της σειράς σημείων φωτός

Διαγράμματα4 1×6Διάδοση πολλών σημείων σε διάφορα μέσα

Οι παραγόμενες πολυφωνικές κηλίδες με «μηδενικό βαθμό» δεν έχουν διάσπαση και οι ακτίνες του φωτός συμμορφώνονται με τους νόμους της αντανάκλασης και της διάσπασης. Για τυποποιημένους διαχωριστές ακτίνων με άθαρτους αριθμούς, η γωνία διαχωρισμού είναι ο αριθμός τάξεων+1και αριθμός τάξεων0Η γωνία ανάμεσα (αριθμός τάξεων)0το αναμενόμενο φως). Για τους τυποποιημένους διαχωριστές ακτίνων με ζευγάριους αριθμούς, η γωνία διαχωρισμού είναι+1τάξεις και-1Η γωνία μεταξύ των τάξεων (η μηδενική τάξη δεν είναι η απαραίτητη ακτίνα φωτός).

Οπτικά συστατικά διάσπαρσης - ΧρήσηDOEΔιαμόρφωση ακτίνας

Οι διαμορφωτές ακτίνων διάσπαρσης είναι συστατικά φάσης που σε συγκεκριμένη απόσταση εργασίας μετατρέπουν τις ακτίνες εισόδου Gauss σε ομοιόμορφες λεκέδες με αιχμηρές άκρες. Κάθε διαμορφωτής ακτίνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε συγκεκριμένες οπτικές συνθήκες, δηλαδή ένα μοναδικό σύνολο παραμέτρων του οπτικού συστήματος: μήκος κύματος, μέγεθος ακτίνας εισόδου, απόσταση εργασίας και μέγεθος λεκέδων εξόδου.

Οι πιο βασικές ρυθμίσεις στην εφαρμογή του μορφωτή ακτίνας περιλαμβάνουν το λέιζερ, τα στοιχεία του μορφωτή ακτίνας διάσπαρσης και την επιφάνεια που θα επεξεργαστεί.

Σχεδιαστής ακτίνας επίπεδης κορυφής

Ο διαμορφωτής ακτίνας καπέλου κορυφής χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ακτίνας λέιζερ εισαγωγής Gauss σε λεκέδες ομοιόμορφης έντασης σε στρογγυλά, ορθογώνια, τετράγωνα, γραμμικά ή άλλα σχήματα με υψηλής ποιότητας αιχμηρές άκρες σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο εργασίας. Για να επιτευχθεί υψηλής ποιότητας απόδοση του διαμορφωτή ακτίνας, η έξοδος λέιζερ πρέπει να είναι μονομορφής (TEM00），M2Αξία<1.3- Ναι.

Ο διαμορφωτής ακτίνας επιτρέπει να αφήσει ομοιόμορφα σημεία φωτός στην επιφάνεια του αντικειμένου που θα επεξεργαστεί και να αποτρέψει την υπερβολική ή ανεπαρκή έκθεση σε συγκεκριμένες περιοχές. Επιπλέον, το σημείο χαρακτηρίζεται από μια αιχμηρή μεταβατική περιοχή, η οποία σχηματίζει σαφή σύνορα μεταξύ της περιοχής επεξεργασίας και της περιοχής που δεν έχει επεξεργαστεί. Top καπέλο beam διαμορφωτή με υψηλή απόδοση (συνήθως> 95εξαιρετική ομοιομορφία (συνήθως ±5(%) απότομη μεταβατική ζώνη και υψηλό κατώφλι βλάβης λέιζερ. Επιπλέον, ο διαμορφωτής δέσμης με καπέλο είναι ευαίσθητος στο μέγεθος δέσμης εισόδου, στην απόσταση εργασίας και στην μετατόπιση των εξαρτημάτων. επίπεδη κορυφήDOEΣυνήθως χρησιμοποιημένος για τις υλικές εφαρμογές επεξεργασίας λέιζερ (αφαίρεση λέιζερ, κοπή λέιζερ, διάτρηση λέιζερ), αισθητικές επεξεργασίες (τατουάζ και αφαίρεση τρίχας), επιστημονικές εφαρμογές (κυτταρομετρία ροής), και ούτω καθεξής.

Ομογενοποιητής

Οπτικός ομογενοποιητήςDOEΜετατρέψτε μια ακτίνα εισόδου ενιαίας λειτουργίας ή πολλαπλών λειτουργιών σε μια καλά καθορισμένη ακτίνα εξόδου που χαρακτηρίζεται από ένα επιθυμητό σχήμα και ομοιόμορφη επίπεδη ένταση κορυφής. Τα πιο συνηθισμένα σχήματα που λαμβάνονται από τους διαχύτες είναι κυκλικά, τετράγωνα, ορθογώνια, ελλειπτικά και εξαγωνικά. Εν τω μεταξύ, οι εικόνες σχεδόν οποιουδήποτε σχήματος μπορούν να σχεδιαστούν. Η άκρη μιας διάχυτης δέσμης είναι συνήθως απότομη και προσδιορίσιμη. Η αναλογία μεταξύ της γωνίας απόκλισης εισόδου και της γωνίας διάχυσης του ομογενοποιητή καθορίζει την αναλογία μεταξύ της περιοχής μετάβασης και της περιοχής ομογενοποίησης της δέσμης εξόδου. Προκειμένου να επιτευχθεί η ιδανική κατανομή έντασης της δέσμης στο μακρινό πεδίο ή εστιακό επίπεδο,DOEΟ ομογενοποιητής χωρίζει το φως που έρχεται σε ημιτυχαία κατεύθυνση και μισή τυχαία κατεύθυνση. Αυτή η μέθοδος μπορεί να σχεδιάσει τα συστατικά που μπορούν να παραγάγουν αυθαίρετες μορφές και να έχουν ακριβείς γωνίες παραγωγής και μεγέθη υπό ομοιόμορφες συνθήκες έντασης φωτός. Η απόδοση του διαχύτη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους της εισερχόμενης δέσμης, και επιπλέον, με τη χρήση υψηλώνM2Η ακτίνα εισόδου μπορεί να επιτύχει την υψηλότερη ομοιομορφία (Εικόνα)7）. Ο διαμορφωτής ακτίνων ομογενοποιημένων είναι αναίσθητος στο μέγεθος ακτίνων, τη μετατόπιση, και την κλίση συστατικών. Παρέχει ένα υψηλό κατώτατο όριο ζημίας λέιζερ, ενώ η ομοιομορφία και η αποδοτικότητα διαφέρουν με το σχέδιο. ομογενοποιητήςDOEΣυνήθως χρησιμοποιημένος για τις εφαρμογές επεξεργασίας υλικών λέιζερ (συγκόλληση λέιζερ, συγκόλληση λέιζερ), αισθητικές επεξεργασίες (τατουάζ)/αποτρίχωση, διαμόρφωση περιγράμματος σώματος κ.λπ.

εικόνα5Διαμορφωτής ακτίνωνDOEΒασικές ρυθμίσεις,d =Μορφοποίηση μεγέθους σημείων,D =διάμετρος ακτίνας,EFL =Αποτελεσματική εστιακή απόσταση.

εικόνα6Κατανομή δύναμης κορυφαίας κάλυψης, αριστερά: τετράγωνο, δεξιά: κυκλικό

εικόνα7Απόδοση ομοιογενοποιητή με βάσηM2Αλλαγή αριστερά:M2 = 1Στα δεξιά:M2 = 10 εικόνα8Φακός δίνηςDOEΦάση σκαλοπατιών

Οπτικό στοιχείο διάθλασης με σπειροειδές πιάτο φάσης

Φακός δίνηςDOEΜετατρέπει την κατανομή εισόδου Gauss σε δαχτυλίδι ενέργειας. Η πλάκα σπειροειδούς φάσης είναι ένα μοναδικό οπτικό στοιχείο, η δομή του οποίου αποτελείται εξ ολοκλήρου από σπειροειδή ή σπειροειδή φάση, η οποία έχει ως στόχο τον έλεγχο της φάσης της μεταδιδόμενης ακτίνας φωτός. Το συνολικό βάθος χαραγής από την κορυφή μέχρι το κάτω μέρος της "σκάλας" είναι συνάρτηση του σχεδιασμού του μήκους κύματος και του οπτικού δείκτη του υποβάθρου. Σε γενικές συνθήκες, αυτό το βάθος έχει την ίδια βαθμίδα μέγεθους με το μήκος κύματος σχεδιασμού. Ως εκ τούτου, κάθε στρόβιλος είναι ειδικός για το μήκος κύματος. Ο οπτικός στρόβιλος απαιτεί την είσοδο ενός μοναδικού μοντέλου ευθείας (TEM00Ο Gauss εισάγει τη δέσμη φωτός και την μετατρέπει σεTEM01Μοντέλ συμμετρίας άξονα.

Η χρήση μεγαλύτερης διάμετρου δέσμης εισόδου έχει δύο προφανή πλεονεκτήματα. Πρώτον, η μεγαλύτερη ακτίνα μειώνει ελαφρώς το ζευγάρι εξόδου.DOEΗ ευαισθησία της ανοχής. Δεύτερον, η μεγαλύτερη διάμετρος δέσμης εισόδου θα είναι σε θέση να παράγει μικρότερα σημεία ροής, κάτι που συνήθως είναι το επιθυμητό αποτέλεσμα σε πολλές εφαρμογές. Οι φακοί είναι υψηλής απόδοσης (συνήθως> 90% και χαμηλότερο όριο ζημίας. Έχει ευαισθησία στην μετατόπιση και την περιστροφή των συστατικών. Γύργος φακόςDOEΣυνήθως χρησιμοποιείται σε εφαρμογές επεξεργασίας υλικών (συγκόλληση), οπτική επικοινωνία (μετατροπή και παραγωγή οπτικών μοντέλων), επιστημονικές εφαρμογές (STEDμικροσκόπιο, οπτικά πινέτα) κλπ.

Σύνοψη:

Τα τελευταία χρόνια, τα οπτικά συστατικά διάσπαρσης έχουν γίνει μια ώριμη και ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία.DOEΗ τεχνολογία εφαρμόζεται κυρίως στη διαμόρφωση και τη διαίρεση ακτίνων. Εφαρμόζεται κυρίως σε τομείς όπως εφαρμογές επεξεργασίας υλικών λέιζερ, ιατρικές και αισθητικές και επιστημονικές εφαρμογές και έχει μεγάλη αγορά που αντιπροσωπεύει ένα μεγάλο μέρος της συνολικής αγοράς εφαρμογών λέιζερ. Λόγω της συνεχούς αύξησης της ισχύος του λέιζερ και των αυστηρών απαιτήσεων για την ακρίβεια,DOEΤο υψηλό όριο βλάβης λέιζερ και τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας το καθιστούν μια αποτελεσματική λύση για την επίλυση προβλημάτων εφαρμογών λέιζερ.