연사 광학 소자DOE 레이저 재료 가공, 의료용

연사 광학 소자

회절 광학 컴포넌트 (DOE) 마이크로 패브릭 설계를 사용하여 전파되는 빛의 위상을 변경합니다.합리적인 설계 광학 연사 원본 표면의 미세 구조는 특정 빛을 입력할 때 설계에 부합하는 빛의 강도 분포에 부합하는 모든 빛을 출력할 수 있다.DOE기술은 전통적인 광학 시스템에서 실행할 수 없는 많은 기능과 대광 조작을 실현했다.이러한 기술은 많은 애플리케이션에서 시스템 성능을 크게 향상시킵니다.연사 광학 방안은 많은 장점을 가지고 있는데, 예를 들면 고효율, 고정밀도, 작은 사이즈, 낮은 무게, 가장 중요한 것은 그것이 각종 다른 응용 요구를 유연하게 만족시키는 것이다.

DOE제품: 빔 분리기 및 빔 성형기.

빔 분속기DOE단일 레이저 빔을 여러 개의 빔으로 나누는 데 사용되며, 각 빔은 출력 및 전파 각도를 제외한 입사 빔과 같은 특성을 가지고 있습니다.빔의 회절 패턴에 따라,번들 생성 가능1차원 빔 패턴 (1×N) 또는2차원 빔 행렬 (M×N）。빔 분할기DOE또한 입사 빔을 원형, 무작위 패턴, 육각형 패턴 등 다양한 반점 분포로 나눌 수 있습니다.빔 분리기는 레이저 빔과 같은 단색 빛과 함께 사용해야 하며, 서로 다른 빔 분리기는 특정 파장과 특정 출력 빔 사이의 분리각을 가지고 있다.

빔 정렬은 고스 빔에 가까운 작업면에서 원형, 직사각형, 정사각형 및 선형의 균일한 빔으로 변환할 수 있으며 가장자리 윤곽선 (빛의 강도 분포) 입니다.매우 선명하고, 동시에 빔 성형기는 출력 강도의 균일한 분포를 실현할 수 있으며, 레이저 가공 시 표면을 균일하게 처리할 수 있고, 특정 구역의 과도한 노출이나 노출 부족을 방지할 수 있다.또한 플레어는 가파른 변환 영역이 있으므로 처리 영역과 처리되지 않은 영역 사이에 명확한 경계가 형성됩니다.빔 성형기 제품군은 균화기를 포함하며,top-hat, 와선렌즈 (나선형 위상판) 및 연사축 원추경.

DOE일반적인 어플리케이션

레이저 출력이 계속 증가함에 따라 많은 통합 시스템의 사용자 광학 부품이 고출력 레이저를 감당할 수 없을 수도 있다.따라서 레이저 유도 손상 임계값 (LIDT또는LDT) 의 매개변수는 광학 컴포넌트를 선택할 때 중요한 요소입니다.연사 광학 소자의 고손상 임계값은 고출력 산업 시스템 및 응용에 이상적입니다.레이저 재료 가공 응용과 레이저 기반 의료 미용 (의료 미용) 은 모두 고출력 레이저가 필요하다.

그림1왼쪽에서 오른쪽으로 다양한 빔 분할기 반점 분포:5×5패턴, 임의, 육각형 패턴, 원형

그림2왼쪽에서 오른쪽으로 다양한 빔 모양의 결과: 균질기, 플랫 라이트, 와선 렌즈 및 연사 프리즘

레이저 재료 가공 응용에서의 연사 광학 소자 응용

최근 산업 수요에 사용되는 새로운 레이저 시스템의 개발이 증가했습니다.많은 새로운 공예를 개발하였고, 많은 전통적인 가공 공예가 레이저 가공 공예로 대체되었다.레이저 재료 가공은 전체 레이저 시장의 큰 부분을 차지합니다.DOE공정에 맞는 레이저빔 성형을 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있다.레이저빔의 성형과 균등화 기술은 많은 레이저 재료의 가공 응용을 최적화하는 데 없어서는 안 될 절차이다.DOE일반적으로 표면상의 작은 피쳐 구조를 형성하기 위해 레이저 부식 및 레이저 가공 시스템, 레이저 드릴링, 레이저 절단 및 기타 가공에 사용됩니다.

DOE레이저 기반 미용 치료

레이저 기술의 사용이 의료 분야에서 더욱 불가결한 도구가 됨에 따라 레이저 출력을 제어하는 능력은 점점 더 중요해지고 있다.DOE다양한 방법으로 빔을 조작하면서 컴포넌트의 가벼움을 유지할 수 있는 고유한 솔루션을 제공합니다.미용 치료는 일반적으로 고출력 레이저를 사용한다.레이저가 균일하고 정확한 광선 노출을 요구하며 정확한 예리한 가장자리를 가지고 있으며 동시에 높은 효율을 가지고 있다.이것이 바로 연사 광학 부품을 사용하여 빔 성형을 하는 이상적인 해결 방안이다.DOE레이저 제모, 레이저 문신 제거, 피부 복원, 피부 재생 등에 많이 쓰인다.

회절 광학 소자 - 빔 분리기

분속기의 작동 원리는 매우 간단하다.고객의 시스템 요구 사항에 따라 빔을 정확하게 입력하고 빔을 출력하여 분리 각도에서 빔을 분리합니다DOE나와, 분리 각도는DOE설계 기간 동안 파악된 분리 각도 (오차<0.03mRad）。광속의 분리는 원거리를 위해 설계된 것이다.따라서 번들에 따라DOE그 후 계속 전파되어 그것들은 더욱 명확해졌다.

그림3빔 분할기DOE, 기본 설정,EFL =유효한 초점 거리,m =여러 점의 단계 (점),θs=두 초점 사이의 분리 각도,d = 2포커스 사이의 거리 (간격),θf= 전각,D =광점 패턴 길이

그림4 1×6분산 매체에서 다중 점 전파

"제로" 레벨을 갖는 다중 광선은 회절되지 않으며 빔은 반사 및 굴절의 법칙을 따릅니다.홀수 빔이 있는 표준 빔 분할기의 경우 분리 각도는 단계입니다.+1및 단계0사이의 각도 (단계 수0원하는 빔입니다.짝수 빔이 있는 표준 빔 분할기의 경우 분리 각도는+1단계 및-1단계 사이의 각도 (0 단계는 필요한 빔이 아님).

회절 광학 소자 - 사용DOE빔 성형

회절 빔 성형기는 특정 작업 거리에서 고스 입력 빔을 예리한 모서리가 있는 균일한 반점으로 변환하는 위상 컴포넌트입니다.각 빔 성형기는 특정 광학 조건에서만 사용할 수 있습니다. 즉, 파장, 입력 빔 크기, 작업 거리 및 출력 반점 크기라는 고유한 광학 시스템 매개변수 세트입니다.

빔 성형기 응용에서 가장 기본적인 설정은 레이저, 연사 빔 성형기 컴포넌트 및 처리될 표면을 포함합니다.

플랫 빔 성형기

캡 빔 성형기는 고스 입사 레이저 빔을 원형, 직사각형, 정사각형, 선형 또는 기타 형태의 균일한 강도의 반점으로 변환하는 데 사용되며 특정 작업 평면에서 고품질의 예리한 가장자리를 가지고 있습니다.고품질의 빔 성형기 성능을 위해 레이저 출력은 단일 모드 (TEM00），M2값<1.3。

빔 성형기를 통해 처리될 물체 표면에 균일한 광반점을 남길 수 있으며 표면에서 특정 영역의 과도한 노출이나 노출 부족을 방지할 수 있다.또한 이 스펙클의 특징은 처리 영역과 처리되지 않은 영역 사이에 명확한 경계를 형성하는 뾰족한 변환 영역입니다.고효율의 캡 빔 성형기 (일반적으로> 95%), 우수한 균일성 (일반적으로 ±5%), 가파른 변환 영역 및 높은 레이저 손상 임계값또한 헤드 캡 빔 성형기는 입력 빔 크기, 작업 거리 및 컴포넌트 변위에 민감합니다.플랫 톱DOE일반적으로 레이저 재료 가공 응용 프로그램 (레이저 부식, 레이저 절단, 레이저 드릴링), 미학 처리 (문신 및 제모), 과학 응용 프로그램 (유식 세포술) 등에 사용됩니다.

등화기-빔성형기

광학 균화기DOE단일 또는 다중 모드 입력 빔을 명시적으로 정의된 출력 빔으로 변환하면 원하는 모양과 균일한 플랫 톱 강도가 특징입니다.가장 흔히 볼 수 있는 분산기는 원형, 사각형, 직사각형, 타원형과 육각형을 얻는다.동시에 거의 모든 형태의 이미지를 디자인할 수 있습니다.분산 빔의 가장자리는 일반적으로 가파르고 확실합니다.입력 분산 각도와 균일화기의 확산 각도 사이의 비율은 변환 영역과 출력 빔의 균일화 영역의 비율을 결정합니다.원거리 또는 초점 평면에서 빔의 강도 분포가 이상적일 수 있도록DOE등화기는 입사광을 반랜덤 방향으로 하프타임의 랜덤 방향으로 분속한다.이 메서드는 균일한 빛의 조건에서 정확한 출력 각도와 크기를 가진 임의의 형태를 만들 수 있는 컴포넌트를 설계할 수 있습니다.분산기의 성능은 입사 빔 매개변수에 크게 좌우되며, 또한 높은 사용을 통해M2빔을 입력하면 균일성이 향상됩니다 (그림7）。균질기 빔 성형기는 빔 크기, 변위 및 컴포넌트 기울기에 민감하지 않습니다.설계에 따라 균일성과 효율성이 달라지는 높은 레이저 손상 임계값을 제공합니다.균질기DOE일반적으로 레이저 재료 가공 응용 프로그램 (레이저 용접, 레이저 정 용접), 미학 처리 (문신/제모, 신체 윤곽) 등등.

그림5빔 성형기DOE, 기본 설정,d =성형 반점 크기,D =빔 지름,EFL =유효한 초점 거리.

그림6캡 강도 분포, 왼쪽: 사각형, 오른쪽: 원형

그림7균질기 성능 기준M2변경, 왼쪽:M2 = 1, 오른쪽:M2 = 10 그림8소용돌이 렌즈DOE계단상

회절 광학 소자 - 헬리컬 위상 슬라이스

소용돌이 렌즈DOE가우스 입력 분포를 원형 에너지 고리로 변환합니다.헬리컬 위상 보드는 투사 빔의 위상을 제어하기 위해 완전히 헬리컬 또는 헬리컬 위상으로 구성된 독특한 광학 컴포넌트입니다."계단" 의 상단에서 하단부의 총식각깊이는 파장과 기판을 설계하는 광학지수의 함수이다.일반적으로 이 깊이는 설계 파장과 동일한 레벨을 가집니다.따라서 각 와선상판은 파장 특이성이다.옵티컬 소용돌이에는 정확한 단일 모드 (TEM00) 가우스는 빔을 가져오고 변환합니다.TEM01축 대칭 모드.

더 큰 입력 빔 지름을 사용하면 두 가지 확실한 이점이 있습니다.우선, 더 큰 빔은 출력 쌍을 약간 낮춥니다DOE공차에 대한 민감도.둘째, 더 큰 입력 빔의 지름은 더 작은 와류점을 생성할 수 있으며, 이는 많은 응용 프로그램에서 일반적으로 기대되는 결과입니다.와선 렌즈는 고효율 (일반적으로> 90%) 및 낮은 손상 임계값입니다.컴포넌트 변위 및 회전의 민감도를 갖습니다.소용돌이 렌즈DOE일반적으로 재료 가공 응용 프로그램 (용접), 광학 통신 (광학 모드 변환 및 생성), 과학 응용 프로그램 (STED현미경, 광학 핀셋) 등등.

요약:

최근 몇 년 동안, 연사 광학 소자는 이미 성숙하고 광범위하게 응용되는 기술이 되었다.DOE기술은 주로 광속 성형과 분속 등에 응용된다.주로 레이저 재료 가공 응용, 의료 및 과학 응용 분야에 응용되며 전체 레이저 응용 시장의 큰 부분을 차지하는 큰 시장을 가지고 있습니다.레이저 출력의 증가와 정확도에 대한 엄격한 요구로 인해DOE의 높은 레이저 손상 임계값과 높은 정확한 특징은 레이저 응용 문제를 해결하는 효과적인 방안이 되었다.