Composants optiques diffractifsDOE Pour le traitement des matériaux laser, beauté médicale

Composants optiques diffractifs

Composants optiques diffractifs (DOE), en utilisant la conception de microstructures pour modifier la phase de la lumière qu'elle propage. Conception rationnelle diffraction optique la microstructure de la surface de l'original est capable de produire toute lumière conforme à la répartition de l'intensité lumineuse de la conception lors de l'entrée d'une lumière spécifique.DOELa technologie réalise de nombreuses fonctions et opérations contre la lumière qui ne sont pas réalisables avec les systèmes optiques traditionnels. Dans de nombreuses applications, ces technologies améliorent considérablement les performances du système. Le schéma optique diffractif présente de nombreux avantages, tels que: haute efficacité, haute précision, petite taille, faible poids et, surtout, sa flexibilité pour répondre à diverses exigences d'application différentes.

DOEProduits: Séparateur de faisceau et formateur de faisceau.

Séparateur de faisceauDOEPour diviser un faisceau laser unique en plusieurs faisceaux ayant chacun les mêmes caractéristiques que le faisceau incident (à l'exception de la puissance et de l'angle de propagation). Modèle de diffraction selon le séparateur de faisceau,Le séparateur de faisceau peut produire1Matrice de faisceaux dimensionnels (1×N) ou2Matrice de faisceaux dimensionnels (M×N). Diviseur de faisceauDOEIl est également possible de diviser le faisceau incident en différentes distributions de spots, telles que des cercles, des motifs aléatoires, des matrices hexagonales, etc. Les séparateurs de faisceaux doivent être utilisés avec une lumière monochromatique, par exemple un faisceau laser, les différents séparateurs de faisceaux ayant des longueurs d'onde spécifiques et des angles de séparation spécifiques entre les faisceaux de sortie.

L'intégration du faisceau permet de convertir un faisceau quasi - gaussien en un faisceau uniforme de forme circulaire, rectangulaire, carrée et linéaire sur la surface de travail, avec un profil de bord (distribution de l'intensité lumineuse). Très clair, tandis que le formateur de faisceau est capable d'obtenir une distribution uniforme de l'intensité de sortie, ce qui permet un traitement uniforme de la surface lors du traitement laser, empêchant la surexposition ou la Sous - exposition de zones spécifiques. En outre, les taches ont des zones de transition raides, créant ainsi une frontière claire entre les zones traitées et non traitées. La famille de formateurs de faisceaux comprend un homogénéisateur,top-hat, lentille de vortex (plaque de phase hélicoïdale) et miroir conique à axe de diffraction.

DOEApplications typiques

Avec l'augmentation continue de la puissance laser, les composants optiques de l'utilisateur de nombreux systèmes intégrés peuvent ne pas résister aux lasers de forte puissance. Par conséquent, le seuil de dommages induits par laser (LIDTOuLDT), les paramètres deviennent des facteurs importants lors du choix des éléments optiques. Le seuil de dommage élevé des éléments optiques diffractifs les rend idéaux pour les systèmes industriels de haute puissance et les applications. Les applications de traitement des matériaux au laser et les applications médico - esthétiques à base de laser (médecine esthétique) nécessitent des lasers haute puissance.

Figure1Différentes distributions de spots séparateurs, de gauche à droite:5×5Tableau, aléatoire, tableau hexagonal, rond

Figure2Résultats de différentes formes de faisceaux, de gauche à droite: homogénéisateur, lumière à sommet plat, lentille Scroll et prisme diffractif

Application des éléments optiques diffractifs aux applications de traitement des matériaux par laser

Récemment, le développement de nouveaux systèmes laser pour les besoins industriels a augmenté. De nombreux nouveaux procédés ont été développés et de nombreux procédés de traitement traditionnels ont été remplacés par des procédés de traitement au laser. Le traitement des matériaux laser représente une part importante de l'ensemble du marché des lasers,DOEJoue un rôle important dans la mise en forme du faisceau laser adapté au processus. La technologie de formage et d'homogénéisation du faisceau laser est une étape essentielle pour optimiser de nombreuses applications de traitement de matériaux laser.DOEIl est généralement utilisé dans les systèmes d'ablation laser et de traitement au laser, le perçage au laser, la découpe au laser et d'autres traitements pour former de petites structures caractéristiques sur la surface.

DOETraitements cosmétiques à base de laser

Comme l'utilisation de la technologie laser devient un outil plus indispensable dans le domaine médical et esthétique, la capacité de contrôler la sortie laser devient de plus en plus importante.DOEOffre une solution unique qui permet au faisceau de fonctionner de plusieurs façons tout en conservant la légèreté de l'élément. Les traitements cosmétiques utilisent généralement des lasers de haute puissance. Nécessite une exposition uniforme et précise de la lumière laser, avec des bords précis et nets, tout en ayant un rendement élevé. C'est la solution idéale pour la mise en forme du faisceau avec une optique diffractive.DOEIl est couramment utilisé pour l'épilation au laser, l'enlèvement de tatouage au laser, la réparation de la peau, la régénération de la peau, etc.

Composants optiques diffractifs – séparateurs de faisceaux

Le principe de fonctionnement du séparateur de faisceaux est très simple. Selon les exigences du système du client, à partir du faisceau d'entrée collimaté, le faisceau de sortie à partir du séparateur de faisceau sous un angle séparéDOEEn sortant, cet angle de séparation estDOEDéterminé lors de la conception et l'angle de séparation est très précis (erreur<0.03mRad). La séparation des faisceaux est conçue pour le champ lointain. Ainsi, avec le faisceau lumineux dansDOEContinuant à se propager par la suite, ils deviennent plus explicites.

Figure3Diviseur de faisceauDOE, paramètres de base,EFL =La distance focale effective,m =Ordre du multipoint (point), θs=L'angle de séparation entre les deux foyers,d = 2Distance (espacement) entre les points focaux, θf= Tout angle,D =Longueur du réseau de points lumineux

Figure4 1×6Propagation de multipoints en milieu dispersif

Le multispot produit, qui possède un « ordre zéro », n'est pas diffracté et le faisceau respecte les lois de réflexion et de réfraction. Pour un séparateur de faisceau standard à nombre impair de faisceaux, l'angle de séparation est d'ordre+1Et ordre0Angle entre (ordre0Est le faisceau souhaité). Pour un séparateur de faisceau standard à nombre pair de faisceaux, l'angle de séparation est+1Ordre et-1Angle entre les ordres (l'ordre zéro n'est pas le faisceau nécessaire).

Composants optiques diffractifs – utilisationDOEMise en forme du faisceau

Un formateur de faisceau diffracté est un élément de phase qui, à une certaine distance de travail, convertit le faisceau d'entrée gaussien en une tache uniforme à arêtes vives. Chaque formateur de faisceau ne peut être utilisé que dans des conditions optiques spécifiques, c'est - à - dire un ensemble unique de paramètres du système optique: longueur d'onde, taille du faisceau d'entrée, distance de travail et taille du spot de sortie.

Les réglages les plus élémentaires dans les applications de mise en forme de faisceau comprennent un laser, un élément de mise en forme de faisceau diffracté et une surface à traiter.

Formateur de faisceau à toit plat

Le formateur de faisceau de chapeau supérieur est utilisé pour convertir un faisceau laser incident presque gaussien en un spot d'intensité uniforme de forme circulaire, rectangulaire, carrée, linéaire ou autre, avec des bords tranchants de haute qualité dans un plan de travail spécifique. Pour obtenir des performances de formateur de faisceau de haute qualité, la sortie laser doit être monomode (TEM00),M2Valeur< 1,3- Oui.

L'utilisation d'un formateur de faisceau permet de laisser des taches lumineuses homogènes à la surface de l'objet à traiter et permet en surface d'éviter une surexposition ou une sous - exposition de zones spécifiques. De plus, cette tache est caractérisée par une zone de transition aiguë qui forme une frontière claire entre la zone traitée et la zone non traitée. Top cap Beam Shaper a un rendement élevé (généralement> 95), excellente homogénéité (généralement ±5), une zone de transition raide et un seuil élevé de dommages au laser. En outre, le formateur de faisceau de type chapeau supérieur est sensible à la taille du faisceau d'entrée, à la distance de travail et au déplacement de l'élément. Toit platDOEIl est couramment utilisé dans les applications de traitement des matériaux au laser (ablation laser, découpe laser, perçage laser), les traitements esthétiques (tatouage et épilation), les applications scientifiques (cytométrie en flux), etc.

Homogénéisateur – faisceau Shaper

Homogénéisateur optiqueDOEConversion d'un faisceau d'entrée monomode ou multimode en un faisceau de sortie bien défini, caractérisé par une forme souhaitée et une intensité à sommet plat homogène. Les diffuseurs les plus courants obtiennent des formes rondes, carrées, rectangulaires, ovales et hexagonales. Dans le même temps, il est possible de concevoir des images de presque toutes les formes. Les bords du faisceau diffusé sont généralement raides et déterminables. Le rapport entre l'angle de divergence d'entrée et l'angle de diffusion de l'homogénéisateur détermine le rapport de la zone de transition à la zone d'homogénéisation du faisceau de sortie. Pour atteindre une répartition idéale de l'intensité du faisceau dans le champ lointain ou le plan focal,DOEL'homogénéisateur divise la lumière incidente dans une direction semi - aléatoire dans une direction semi - aléatoire. Cette méthode permet de concevoir des éléments capables de produire des formes arbitraires, avec des angles de sortie précis et des dimensions dans des conditions d'intensité lumineuse uniforme. Les performances du diffuseur dépendent en grande partie des paramètres du faisceau incident et, en outre, en utilisant unM2Le faisceau d'entrée permet une plus grande uniformité (fig.7). Le formateur de faisceau homogénéisateur est insensible à la taille du faisceau, au déplacement et à l'inclinaison des éléments. Il offre un seuil de dommages laser élevé, tandis que l'uniformité et l'efficacité varient avec la conception. HomogénéisateurDOEGénéralement utilisé dans les applications de traitement des matériaux au laser (soudage au laser, brasage au laser), traitement esthétique (tatouage)/épilation, contour du corps) et ainsi de suite.

Figure5Faisceau ShaperDOE, paramètres de base,d =La taille du spot de formage,D =Diamètre du faisceau,EFL =Distance focale effective.

Figure6Top cap distribution de force, gauche: carré, droite: rond

Figure7Performance de l'homogénéisateur selonM2Changement, gauche:M2 = 1, à droite:M2 = 10 Figure8Lentille ScrollDOEPhase d'escalier

Composants optiques diffractifs – lames de phase hélicoïdales

Lentille ScrollDOEConvertir une distribution d'entrée gaussienne en anneau d'énergie. La plaque de phase hélicoïdale est un élément optique unique dont la structure est entièrement composée de phases hélicoïdales ou hélicoïdales dont le but est de contrôler la phase du faisceau transmis. La profondeur totale de gravure du haut vers le bas de l '"échelle" est fonction de la longueur d'onde de conception et de l'indice optique du substrat. En général, cette profondeur est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde de conception. Chaque plaque de phase de Vortex est donc spécifique en longueur d'onde. Le vortex optique nécessite l'entrée d'un monomode collimaté (TEM00), le faisceau d'entrée gaussien, et il le convertit enTEM01Mode de symétrie axiale.

L'utilisation d'un diamètre de faisceau d'entrée plus grand présente deux avantages évidents. Tout d'abord, un faisceau plus grand réduit légèrement la paire de sortieDOESensibilité des tolérances d'alignement. Deuxièmement, un diamètre de faisceau d'entrée plus important permettra de générer des points de Vortex plus petits, ce qui est généralement le résultat souhaité dans de nombreuses applications. Les lentilles Scroll ont un rendement élevé (généralement> 90), et un seuil de dommage inférieur. Il a la sensibilité du déplacement et de la rotation de l'élément. Lentille ScrollDOEGénéralement utilisé dans les applications de traitement des matériaux (soudage), les communications optiques (conversion et génération de modes optiques), les applications scientifiques (STEDMicroscope, pinces optiques) et ainsi de suite.

Résumé:

Ces dernières années, les éléments optiques diffractifs sont devenus une technologie mature et largement utilisée.DOELa technologie est principalement appliquée à la mise en forme du faisceau et à la Division du faisceau, etc. Il est principalement utilisé dans les applications de traitement des matériaux laser, la médecine et la beauté et les applications scientifiques et d'autres domaines, et a un grand marché, représentant une grande partie de l'ensemble du marché des applications laser. En raison de l'augmentation constante de la puissance laser et des exigences de précision,DOELe seuil de dommage laser élevé et les caractéristiques de haute précision en font une solution efficace aux problèmes d'application laser.