¿Conoce la clasificación de los láseres DOE? (Parte 1)

Láseres de elementos ópticos difractivos (DOE) es un nuevo elemento óptico que se está desarrollando con fuerza en los últimos años. DOE generalmente adopta un proceso de grabado micro-nano para formar una distribución bidimensional de elementos de difracción, cada elemento de difracción puede tener una morfología específica, índice de refracción, etc., para regular finamente la distribución de fase del frente de onda láser. El láser se difractaba después de pasar por cada unidad de difracción e interfería a cierta distancia (generalmente el infinito o el plano focal de la lente), formando una distribución específica de intensidad de luz.

Figura 1: A) uso esquemático de elementos ópticos difractivos; B) Esquema; C) Esquema de la microestructura superficial

Después de la llegada de los elementos ópticos de difracción en láser de alta potencia, procesamiento láser, tratamiento médico láser, imágenes microscópicas, LiDAR, iluminación de luz estructurada, pantalla láser y otros campos para mostrar un enorme potencial de aplicación, sus ventajas son principalmente:

1) Alta eficiencia. La estructura de la unidad de difracción diseñada con precisión puede garantizar que casi el 100 por ciento de la energía del láser se proyecte en el patrón requerido, y la eficiencia es mucho mayor que la de las máscaras y otros medios.

2) Fácil de usar. Los elementos ópticos difractivos tienen un tamaño y un peso muy pequeños y se pueden utilizar cuando se insertan en el camino óptico. En la mayoría de los casos, se puede utilizar con lentes estándar, espejos de campo, objetivos microscópicos, etc.

3) Flexibilidad. Gracias al rápido desarrollo de la tecnología de micro y nanoprocesamiento, el DOE se puede personalizar para diferentes láseres o diferentes distribuciones de fase/intensidad de luz objetivo. Al mismo tiempo, la estructura de la ruta de luz de la aplicación DOE es muy simple y se pueden usar diferentes lentes para lograr puntos de luz de diferentes tamaños geométricos.

Como un nuevo tipo de dispositivo óptico, es necesario comprender sus características al seleccionar/utilizar elementos ópticos difractivos.

2. los principios básicos de la selección de elementos ópticos difractivos

De acuerdo con los diferentes usos, el DOE generalmente se puede dividir en forma de haz, división de haz, luz estructurada, enfoque múltiple, otra generación de haz especial, etc. Cada categoría tiene diferentes principios, diseño y características de aplicación. En general, es necesario tener en cuenta los siguientes principios antes de optar por utilizar componentes DOE:

1) El haz generado por el elemento óptico difractivo no puede violar la ley de propagación de la luz; La distribución de intensidad de luz específica construida por él solo puede existir dentro de una cierta profundidad de campo. Por lo tanto, cuando está en uso, la topografía del punto, el tamaño, la distancia de trabajo, la profundidad de campo, etc. requeridos, a veces no pueden ser ambos, y es necesario hacer concesiones;

2) Los elementos ópticos difractivos generalmente se diseñan de acuerdo con la longitud de onda del láser, la apertura del haz, el modo del haz (M2) y la distribución de intensidad de campo cercano, por lo que estos parámetros deben medirse con mayor precisión antes de la selección. La falta de coincidencia entre los parámetros de uso y los parámetros de diseño dará lugar a un efecto de uso deficiente o incluso no utilizado;

3) Los elementos ópticos difractivos son sensibles al ángulo de la luz incidente y requieren una mejor estabilidad y precisión de ajuste de la trayectoria óptica;

4) La mayoría de los elementos ópticos difractivos regulan con precisión la fase del frente de onda del láser incidente, por lo que otros componentes en la ruta óptica, como la lente inversa/de transmisión, la lente, etc., deben usar dispositivos de diferencia de onda baja y de alta precisión, de lo contrario, afectará el efecto final;

5) Al igual que con los elementos ópticos de transmisión convencionales, de acuerdo con los requisitos de diferentes longitudes de onda e intensidad del láser, los elementos ópticos de difracción pueden estar hechos de cuarzo, vidrio, gemas, plásticos y resinas, ZnSe y otros materiales infrarrojos, y también pueden ser chapados con película antirreflectante.

3. Elemento formador de haz

La conformación del haz con DOE puede lograr la forma de punto especificada (cuadrado, polígono, franja, anillo y círculo, etc.) y la distribución de energía (como parte superior plana, gaussiana, anillo, tipo M, etc.) en la superficie de trabajo.

1) generador de sombrero de copa

La distribución de parte superior plana se utiliza en varias escenas, como la belleza médica con láser, el procesamiento con láser, el tratamiento de superficies, etc. Los generadores de haz de parte superior plana pueden transformar láseres de modo transversal único (distribución gaussiana, M2< 1.3) Transform into a circular, square, strip, and other uniform light intensity and clear edge distribution.

① Características del generador de haz de superficie plana:

· Apto para haz gaussiano monomodo transversal, M2 < 1,3;

· El generador de superficie plana tiene el mejor efecto cuando se coloca en la cintura del haz gaussiano;

· El generador de superficie plana no puede producir puntos con una escala menor que el límite de difracción, generalmente de 1,5 a 5 veces el límite de difracción;

· Cuando el generador de superficie plana está en uso, el elemento óptico requiere una diferencia de onda baja y la apertura efectiva debe ser más del doble del diámetro de la cintura del haz incidente, preferiblemente 2,5 veces;

· La forma del haz objetivo y la distribución de la intensidad solo se pueden mantener dentro de un cierto rango de distancia, generalmente la mitad del tamaño del punto;

· Sensible al diámetro de la luz incidente, la posición del centro de la luz incidente, el ángulo incidente, etc.

② Principales aplicaciones del generador de haz de superficie plana:

· Procesado y tratamiento láser: microagujero, taladrado, soldadura, corte, marcado, corrosión

· Medicina y Belleza

· Pantalla láser

· Marcaje e impresión.

2) Difusor óptico/homogeneizador

El homogeneizador de haz también puede producir una variedad de formas y distribución uniforme de energía (o distribución específica) de puntos de luz. A diferencia del generador de haz de parte superior plana, que convierte el haz gaussiano en una distribución de parte superior plana, el homogeneizador de haz homogeneiza los puntos no uniformes y distribuidos irregularmente. Generador de haz superior plano para monomodo (M2< 1.3) Laser use, beam homogenizer for multi-mode laser homogenization effect is better.

Los homogeneizadores de haz suelen utilizar el "ángulo de difusión" para caracterizar la capacidad de divergencia del haz colimado después de pasar por el dispositivo. Se pueden seleccionar lentes de diferentes distancias focales para lograr diferentes áreas de proyección.

①Utilice las características del homogeneizador de haz:

· Insensible a la colocación vertical y desviación lateral;

· La desviación del ángulo de incidencia dará lugar a un ligero aumento en el orden cero;

· Insensible al tamaño de la luz incidente ya la polarización; No hay requisitos especiales para la calidad de los componentes ópticos;

· El efecto de homogeneización de un láser monomodo con un M2 pequeño no es bueno y hay franjas de interferencia, pero el borde del patrón es claro; El efecto de homogeneización de un láser multimodo con un M2 grande es muy bueno, pero el borde queda ligeramente borroso.

HIGO. Efecto homogeneizador del homogeneizador de haz en láser monomodo (izquierda) y multimodo (derecha)

Para los requisitos de homogeneización láser monomodo, generalmente se recomienda utilizar un generador de superficie plana, en el caso de que no se pueda utilizar el generador de superficie plana (como el punto M2 es pequeño, pero la distribución de intensidad es irregular).

②Aplicaciones principales del homogeneizador de haz:

· Homogeneización y modelado de la intensidad de la luz láser

· Elaboración y tratamiento: taladrado, fusión, marcado, marcado, soldadura

· Belleza médica

· Conformación de haz de láser excimer

· Supresión de puntos de calor

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