Главная / Библиотека / Гомогенизация лазерного излучения Holo/Or

Гомогенизация лазерного излучения Holo/Or

Теги holoor дифракционная оптика
Гомогенизация лазерного излучения Holo/Or

Введение
Гомогенизатор излучения преобразует одномодовый или многомодовый входной пучок в пучок с равномерным распределением интенсивности. Дифракционный оптический рассеиватель Holo/Or в основном используется для гомогенизации мощного лазерного излучения. Использование гомогенизатора позволяет получать пятно с острыми краями, при этом сохраняется высокая эффективность излучения. Распространенные формы: круглая, квадратная, прямоугольная, эллиптическая и шестиугольная, однако с помощью гомогенизатора можно получить практически любую форму изображения. Также можно отрегулировать распределение интенсивности.

Функции и приложения оптических рассеивателей

  • Работа с одномодовым и многомодовым излучением
  • Стекло или пластик в качестве оптического материала
  • Не требует центрирования
  • Любая геометрия и симметрия выходного пятна
  • Регулирование интенсивности

Приложения:

  • Гомогенизация лазерного излучения
  • Лазерная обработка материалов
  • Медицинские приложения
  • Формирование профиля излучения эксимерных лазеров
  • Снижение локальных перегревов

Общий принцип действия

Пучок, проходящий через оптический гомогенизатор, дифрагирует и расщепляется на лучи, распространяющиеся в полуслучайных направлениях. В фокальной плоскости формируется изображение поперечного сечения лазерного пучка: изображение может иметь любую желаемую геометрическую форму и симметрию, профиль интенсивности. Результат действия диффузора зависит от параметров падающего излучения.

Дифракционные оптические диффузоры удобно использовать с источниками, излучающими пучки с произвольным распределением интенсивности. На рисунке 1 приведены примеры выходного распределения интенсивности.

1_гомогенизация

Рисунок 1. Примеры выходного профиля лазерного излучения

Принцип работы и конструктивные особенности

1. Для выбора дифракционного диффузора необходимо знать следующие параметры:

  • Длина волны
  • Требуемая форма пятна и распределение интенсивности (равномерное)
  • Угол расходимости или размер изображения, эффективное фокусное расстояние
  • Фактор пучка М2

2. Дифракционные диффузоры изготавливают в виде оптических окон. Поскольку дифракционный оптический элемент характеризуется углом рассеивания, при заказе важно указать размер изображения в фокальной плоскости в соответствии с фокусирующей оптикой. Обычно схема включает лазер, гомогенизатор и фокусирующую линзу, как показано на рисунке 2.

 

2_гомогенизация

Рисунок 2. Схема действия оптического гомогенизатора излучения

3. Оптические параметры диффузора легко рассчитываются геометрически:

image007

4. Holo/Or разрабатывает также комбинированные решения, когда гомогенизатор и фокусирующая линза сочетаются в одном гибридном элементе. Дифракционный узор вытравливается на плоской стороне фокусирующей плосковыпуклой линзы. К преимуществам этого решения можно отнести меньшее количество оптических поверхностей, компактные размеры и малый вес.

5. Минимальный угол рассеяния примерно в 5-10 раз превышает дифракционный предел. Рассчитать размер пятна с ограничением по дифракции можно по следующей формуле: 

FourthImage-2

Где L - рабочее расстояние, λ - длина волны, D - диаметр входного пучка, M2 - фактор пучка.

6. Края пятна обычно крутые и четкие. Соотношение между входным углом расходимости и углом рассеяния определяет отношение переходной к однородной области выходного пучка.

7. Рекомендуется поддерживать фактор входного пучка (1/e2) на уровне ниже 67% от чистой апертуры, чтобы поддерживать высокую энергоэффективность. Это обеспечит пропускную способность 99% энергии, чтобы получить распределение интенсивности по Гауссу.

8. Дополнительно улучшить характеристики однородности можно за счет использования входного излучения с более высоким фактором М2.

Таблица 1. Формирование профиля пучка: одномодовое и многомодовое излучение

 

Одномодовое излучение (TEM00)

Мультимодовое излучение

Четкость изображение

Хорошая

Хорошая

Однородность

Спекл-структура

Высокая

Плотность интенсивности

Хорошая

Очень хорошая

Переходная область

Широкая

Узкая

Эффективность

Зависит от конфигурации

Выходное изображение

Изображение выглядит как красный, темный
Автоматически созданное описание

Изображение выглядит как звезда, светофор, пятно
Автоматически созданное описание

Распределение интенсивности

Изображение выглядит как текст, антенна
Автоматически созданное описание

В таблице 2 можно наблюдать влияние на форму выходного пятна при разном значении М2 (от меньшего к большему):

1. Размываются края пятна

2. Уменьшается число спеклов, и профиль интенсивности становится более однородным

Таблица 2. Зависимость формы пятна в фокальной плоскости от фактора пучка

Снимок экрана 2021-06-12 в 21.44.26

Диффузоры с высокой однородностью (серии RH/HH/XH)

Компания Holo/Or разработала новую серию гомогенизаторов с улучшенными характеристиками, позволяющие достигать высокой однородности (однородность можно определить как среднюю интенсивность на единицу площади).

В конструкции ДОЭ этой серии включены две дифракционные поверхности. Первая снижает когерентность падающего луча, а вторая поверхность формирует луч.

Преимущества и недостатки серии HH по сравнению с серией HM показаны в таблице ниже:

Таблица 3. Преимущества и недостатки диффузоров НН и НМ

Параметр

HH vs. HM

Однородность

Выше

Эффективность

Немного ниже

Эффекты нулевого порядка

Значительно ниже

Переходная область

Широкая

4_гомогенизация

Рисунок 3. Изображения, получаемые с помощью диффузором серий НМ и НН

Пример приложения – оптическая схема с мультимодовым оптоволокном

На приведенной ниже оптической схеме показан лазер, подключенный к оптическому волокну для передачи излучения. Таким образом достигается равномерное распределение интенсивности в дальней зоне, или в фокальной плоскости при наличии фокусирующей линзы.

Количество мод на выходе пропорционально длине волокна и диаметру сердцевины. Каждая мода на выходе волокна будет проходить через дифракционный гомогенизатор, создавая интерференционную картину в фокальной плоскости. Однако, в отличие от одномодового излучения, многомодовое содержит несколько колебательных мод, которые накладываются друг на друга. В фокальной плоскости это создает хорошо усредненный однородный выходной сигнал.

5_гомогенизация

Рисунок 4. Схема получения пятна с ограничением по дифракции требуемой формы

Безопасность

Рекомендации при работе с лазерным излучением

  • Расположите пучок на уровне талии или ниже. Не устанавливаете пучок на уровне глаз
  • Закрывайте или отведите глаза, когда наклоняетесь к лазерному пучку.
  • Облокачиваясь на стол, остерегайтесь излучения, рассеянного вверх.
  • Снизьте интенсивность проходящего излучения как можно больше, используйте фильтры.
  • Не направляйте пучок в оконные и дверные проемы
  • Используйте минимально отражающие поверхности.
  • Расположите инструменты управления ходом пучка так, чтобы оператор не подвергался воздействию высокоинтенсивному излучению.
  • Убедитесь, что предупреждающие индикаторы работают и видны сквозь защитные фильтры
  • Если лазерный пучок виден при просмотре сквозь защитные очки, уровня защиты недостаточно
  • Не носите часы и ювелирные украшения при работе с лазерами 3-4 класса опасности.

Обслуживание:

Используйте перчатки

Не допускайте механических повреждений

Не допускайте химического воздействия

Беречь от пыли

Изображение выглядит как текст
Автоматически созданное описание

Изображение выглядит как текст, коллекция картинок
Автоматически созданное описание

Изображение выглядит как текст
Автоматически созданное описание

 

Механическая чувствительность и допуски

Таблица 4. Точность и чувствительность юстировочных подвижек

Параметр

Влияние

Комментарий

Z-перемещение (вдоль опт.оси)

Незначительное

Пока все дифрагированные лучи падают на фокусирующую линзу

X-Y перемещение

Незначительное

 

Сдвиг по X,Y

Растут эффекты нулевого порядка

 

Сдвиг по Z

Незначительное

Поворот изображения

Размер падающего пучка

Незначительное

Выше минимально допустимого, указанного в спецификации

Поляризация

Незначительное


 

 

Часто задаваемые вопросы

Q: В чем отличие формирователя пучка Top-Hat и диффузора оптического излучения?

A: Сравнительная таблица формирователей и диффузоров серии HM:

Параметр

Формирователь пучка

Диффузор

Падающий пучок

M2 <1.3(TEM00)

Любой

Геометрия выходного пучка

Любой

Любой

Точность формы

Безупречная

Хорошая

Однородность

Очень высокая

Зависит от параметров падающего пучка, растет пропорционально с М2

Переходная зона

<= пятна с ограничением по дифракции

Зависит от параметров падающего пучка, растет обратно пропорционально с М2

Q: Что изменится, если использовать лазер другой длины волны, чем предусмотрена конфигурация диффузора?

A: Использование элемента диффузора на длине волны, отличной от предусмотренной в конструкции, приводит к следующему:

  1. Использование диффузора на длине волны, отличной от заложенной в конструкции, изменит угол рассеяния, а также изменит размер выходного пучка, пропорционально соотношению используемой длины волны к расчетной длине волны.
  2. Глубина травления дифракционного элемента оптимизирована для определенной проектной длины волны, поэтому использование на другой длине волны вызовет перемещение энергии в пучке, при этом некоторая часть рассеянной мощности переместится неравномерно в нулевой порядок, проявляясь в виде центрального пика в выходном луче.

Q: Какое рекомендуемое расстояние между диффузором и фокусирующей линзой?

A: Для диффузоров серии HM расстояние до элемента фокусировки не имеет значения, если чистая апертура системы фокусировки будет достаточно большой (~ 1,5 x размер HM в положении линзы).

image008

© Holo/Or

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Holo/Or на территории РФ

Online заявка

Теги holoor дифракционная оптика
Новые статьи
Сверхбыстрая спектроскопия выявляет синглетное деление, ионизацию и образование эксимеров в пленке перилена

В данной работе рассматривается использование сверхбыстрой спектроскопии для выявления синглетного деления, ионизации и образования эксимеров в пленке перилена.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2