Главная / Библиотека / Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

Дифракционный оптический элемент позволяет управлять фазой электромагнитной волны, проходящей через него. Так, с помощью определенного дифракционного рисунка можно получить на выходе распределение интенсивности излучения любой формы. В разработке таких дифракционных элементов преуспевает компания Holo/Or.

Дифракционная оптика становится полноценным многофункциональным научным решением и имеет множество преимуществ: высокую эффективность и точность передачи излучения, компактность, небольшой вес.

Дифракционные устройства Holo/Or можно разделить по назначению на две группы: светоделители и формирователи профиля интенсивности пучка. Оптические светоделители используются для разделения одиночного лазерного пучка на несколько, каждый из которых имеет те же характеристики, что и исходный луч, за исключением мощности и угла распространения. Также с помощью светоделителей можно наблюдать специфические распределения интенсивности на экране: концентрические окружности, гексагональные решетки и др.

latj.201800021_1-4_1476395015 latj.201800021_1-4_1476395016 latj.201800021_1-4_1476395017 latj.201800021_1-4_1476395018

Рисунок 1. Различные точечные распределения интенсивности

latj.201800021_1-4_1476395019 latj.201800021_1-4_1476395020 latj.201800021_1-4_1476395021 latj.201800021_1-4_1476395022

Рисунок 2. Результаты преобразования профиля интенсивности различными дифракционными устройствами

Формирователя профиля интенсивности пучка используются для преобразования гауссова распределения интенсивности в равномерное распределение круглой, прямоугольной, квадратной или другой формы с отчетливой границей. Пятно с равномерным распределением интенсивности предотвращает чрезмерное или недоэкспонирование определенных областей, что важно, в частности, при лазерной абляции. К формирователям профиля интенсивности относятс гомогенизаторы, цилиндры, вихревые линзы (спиральные фазовые пластины) и дифракционные аксиконы.

Лазерная абляция с применением дифракционной оптики

С развитием лазерной обработки материалов заметно возросла потребность в разработке новых лазерных систем для промышленных целей, поэтому многие традиционные технологии были заменены лазерными аддитивными системами с применением дифракционных оптических элементов: гомогенизаторов, светоделителей, аксиконов и т.д. Рассмотрим преимущества использования некоторых их них.

Светоделитель

Коллимированный входной пучок падает на светоделительную пластину, преломляется на периодической структуре и расщепляется на несколько пучков, распространяющихся под углом. Этот угол разделения определяется при производстве элемента с учетом требований заказчика (рис. 3). Ошибка не превышает 0,03 мрад.

latj.201800021_1-4_1476395023

Рисунок 3. Дифракционный светоделитель. EFL – эффективное фокусное расстояние, m – порядок дифракции, θs – угол разделения, d – расстояние между двумя точками фокуса, θ– полный угол, D – длина массива.

Светоделители используются в лазерной обработке материалов (лазерной абляции, перфорации, сверлении, сварке), эстетических процедурах (косметическая шлифовка), научных исследованиях: двухфотонной флуоресцентной микроскопии, когерентном объединении волн и др.

latj.201800021_1-4_1476395026

Рисунок 4. Распространение дифрагированного излучения в среде

Формирователь профиля интенсивности пучка

Дифракционные формирователи профиля интенсивности пучка - это фазовые пластины, преобразующие входное гауссово распределение интенсивности в пятно с однородным распределением на определенном рабочем расстоянии. Каждый формирователь профиля интенсивности разрабатывается в соответствии с параметрами оптической системы: длиной волны источника, диаметром входного пучка, рабочим расстоянием.

latj.201800021_1-4_1476395027

Рисунок 5. Дифракционный формирователь профиля интенсивности, d – размер пятная на экране, EFL – эффективное фокусное расстояние

Формирователь профиля интенсивности типа «Top-Hat»

Формирователь профиля интенсивности типа «top-hat» используется для преобразования распределения интенсивности, близкого к гауссову, в равномерное. Пятно света на экране может быть любой симметричной формы: круглой, прямоугольной, квадратной. Для наилучших результатов следует использовать одномодовый лазерный источник, фактор пучка М2 не должен превышать 1.3.

latj.201800021_1-4_1476395028 latj.201800021_1-4_1476395029

Рисунок 6. Распределение интенсивности типа «Top-hat»

Равномерное распределение интенсивности пятна, формируемое в устройстве, обеспечивает ровную обработку поверхности, предотвращая пере- или недоэкспонирование определенных областей. Кроме того, пятно характеризуется резкой переходной областью, которая позволяет четко разделять обработанные и необработанные участки.

Через формирователь проходит более 95% энергии излучения, выходной пучок имеет высокую однородность, явную границу. Устройство имеет высокий порог повреждения, что позволяет использовать его с лазерами большой мощности.

Гомогенизатор лазерного излучения

Оптический дифракционный гомогенизатор преобразует одномодовое или многомодовое входное излучение в выходной пучок с однородной интенсивностью. Край пятна четко определен.

Гомогенизатор рассеивает падающий пучок в квазислучайных направлениях, таким образом достигается однородность светового пятна. Наилучший результат достигается в пучках, обладающих высоким фактором М2.

Гомогенизаторы в основном применяются в лазерной обработке материалов – сварке, пайке и т.д.

latj.201800021_1-4_1476395031 latj.201800021_1-4_1476395032

Рисунок 7. Гомогенизатор пучка

Спиральные фазовые пластины

Спиральные фазовые пластины, также известные как «вихревые линзы» формируют вихревые пучки. Это уникальный оптический элемент, ступенчатая структура которого нанесена на поверхность в форме спирали. С помощью вихревых линз можно управлять фазой излучения.

latj.201800021_1-4_1476395033

Рисунок 8. Вихревая линза

Как правило, глубина травления периодической структуры имеет тот же порядок величины, что и расчетная длина волны. Каждая фазовая пластинка изготавливается для определенной длины волны. Для создания вихревого оптического пучка требуется коллимированное одномодовое (TEM00) излучение, которое будет преобразовано в осесимметричную моду излучения TEM01. Вихревые линзы передают более 90% излучения и имеют низкий порог повреждения. Есть чувствительность к перемещению и вращению элемента.

Основные применения вихревых линз: лазерная абляция, сварка, системы оптической связи, STED-микроскопия, оптические ловушки и др.

Компания Holo/Or основана в 1989 году. Специализация предприятия - дифракционные оптические элементы и микрооптические элементы. За 30 лет работы в индустрии Holo/Or накопила значительный опыт в моделировании и производстве прецизионных дифракционных компонентов.

 

©Holo/Or
 

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

Теги holoor дифракционные решетки преобразование профиля интенсивности
Новые статьи
Измерение спектров флуоресценции Avantes

Флуоресцентная спектроскопия (т.н. флуорометрия или спектрофлуориметрия), представляет собой тип электромагнитной спектроскопии, при которой анализируется флуоресценция образца.

Применение дифракционных оптических элементов в преобразовании распределения интенсивности лазерного пучка

В статье изложены принципы работы и примеры использования современной дифракционной оптики: гомогенизаторов, светоделителей, формирователей профиля интенсивности.

Бриллюэновская спектроскопия

Высокая контрастность и подавление волн накачки в спектрометре LightMachinery HF-8999-532 позволили наблюдать отчетливый спектр Бриллюэна.

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