회절 광학 요소 DOE의 분류 및 선택을 알고 있습니까? (1부) - 레이저 모듈

회절 광학 소자(DOE) 레이저 최근 활발하게 발전하고 있는 새로운 광학 소자입니다. DOE는 일반적으로 회절 요소의 2차원 분포를 형성하기 위해 마이크로 나노 에칭 프로세스를 채택하며, 각 회절 요소는 레이저 파면의 위상 분포를 미세 조정하기 위해 특정 형태, 굴절률 등을 가질 수 있습니다. 레이저는 각 회절 장치를 통과한 후 회절되고 일정 거리(일반적으로 무한대 또는 렌즈의 초점면)에서 간섭되어 특정 광 강도 분포를 형성합니다.

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그림 1: A) 회절 광학 요소의 도식적 사용; 나) 개요; C) 표면 미세구조 개략도

고출력 레이저, 레이저 가공, 레이저 치료, 현미경 이미징, LiDAR, 구조화 조명, 레이저 디스플레이 및 기타 분야에서 회절 광학 요소가 출현하여 엄청난 응용 가능성을 보여준 후 그 장점은 주로 다음과 같습니다.

1) 고효율. 정확하게 설계된 회절 장치 구조는 레이저 에너지의 거의 100%가 필요한 패턴에 투사되도록 보장할 수 있으며 효율성은 마스크 및 기타 수단보다 훨씬 높습니다.

2) 사용하기 쉽습니다. 회절광학소자는 크기와 무게가 매우 작아 광경로에 삽입하여 사용할 수 있습니다. 대부분의 경우 표준 렌즈, 필드 미러, 현미경 대물렌즈 등과 함께 사용할 수 있습니다.

3) 유연성. 마이크로 및 나노 처리 기술의 급속한 발전 덕분에 DOE는 다양한 레이저 또는 다양한 대상 광 강도/위상 분포에 맞게 맞춤화할 수 있습니다. 동시에 DOE 응용 프로그램의 광경로 구조는 매우 간단하며 다른 렌즈를 사용하여 다른 기하학적 크기의 광점을 얻을 수 있습니다.

새로운 형태의 광학소자로서 회절광학소자의 선택/사용시 그 특성에 대한 이해가 필요하다.

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2. 회절 광학 소자 선택의 기본 원리

다른 용도에 따라 DOE는 일반적으로 빔 성형, 빔 분할, 구조화 조명, 다중 초점, 기타 특수 빔 생성 등으로 나눌 수 있습니다. 각 범주에는 서로 다른 원칙, 디자인 및 적용 특성이 있습니다. 일반적으로 DOE 구성 요소를 사용하기 전에 다음 원칙에 유의해야 합니다.

1) 회절 광학 요소에 의해 생성된 빔은 빛의 전파 법칙을 위반할 수 없습니다. 그것에 의해 구성된 특정 광도 분포는 특정 피사계 심도 내에서만 존재할 수 있습니다. 따라서 사용 시 필요한 스폿 지형, 크기, 작업 거리, 피사계 심도 등이 때때로 둘 다일 수 없으며 절충해야 합니다.

2) 회절 광학 소자는 일반적으로 레이저 파장, 빔 구경, 빔 모드(M2) 및 근거리 강도 분포에 따라 설계되므로 이러한 매개 변수를 선택하기 전에 보다 정확하게 측정해야 합니다. 사용 매개변수와 설계 매개변수 사이의 불일치는 사용 효과가 좋지 않거나 사용되지 않을 수도 있습니다.

3) 회절 광학 요소는 입사광의 각도에 민감하고 더 나은 광경로 조정 정확도와 안정성이 필요합니다.

4) 대부분의 회절광학소자는 입사하는 레이저의 파면위상을 정밀하게 조절하므로 광로의 다른 구성요소인 역/투과렌즈, 렌즈 등은 고정밀, 저파차차 소자를 사용해야 하며 그렇지 않으면, 그것은 최종 효과에 영향을 미칠 것입니다;

5) 기존의 전송 광학 요소와 마찬가지로 다른 파장 및 레이저 강도의 요구 사항에 따라 회절 광학 요소는 석영, 유리, 보석, 플라스틱 및 수지, ZnSe 및 기타 적외선 재료로 만들 수 있으며 도금도 가능합니다. 반사 방지 필름.

3. 빔 형성 요소

DOE를 사용한 빔 성형은 작업 표면에서 지정된 스폿 모양(정사각형, 다각형, 스트립, 링 및 원형 등)과 에너지 분포(예: 플랫 탑, 가우시안, 링, M형 등)를 달성할 수 있습니다.

1) 모자 생성기

Flat-top 분포는 레이저 의료 미용, 레이저 가공, 표면 처리 등 다양한 장면에서 사용됩니다. Flat-top 빔 발생기는 단일 횡단 모드 레이저(가우시안 분포, M2< 1.3) Transform into a circular, square, strip, and other uniform light intensity and clear edge distribution.

① 플랫탑 빔 생성기 기능:

· 단일 가로 모드 가우시안 빔에 적합, M2 < 1.3;

· 플랫탑 생성기는 가우시안 빔의 허리 부분에 배치할 때 최상의 효과를 냅니다.

· 플랫탑 생성기는 회절 한계보다 작은 스케일(일반적으로 회절 한계의 1.5~5배)을 가진 스폿을 생성할 수 없습니다.

· 플랫탑 발생기를 사용할 때 광학 요소는 낮은 파동차를 필요로 하며 유효 조리개는 입사 빔의 웨이스트 직경의 2배 이상, 바람직하게는 2.5배여야 합니다.

· 대상 빔 모양 및 강도 분포는 일반적으로 스폿 크기의 절반인 특정 거리 범위 내에서만 유지될 수 있습니다.

· 입사광 직경, 입사광 중심위치, 입사각도 등에 민감

② 플랫탑 빔 발생기의 주요 용도:

· 레이저 가공 및 처리 : 마이크로 홀, 드릴링, 용접, 절단, 마킹, 부식

· 의학 및 미용

· 레이저 디스플레이

· 표시 및 인쇄.

2) 광확산기/균질화기

빔 균질화기는 또한 광점의 다양한 모양과 균일한 에너지 분포(또는 특정 분포)를 생성할 수 있습니다. 가우시안 빔을 플랫탑 분포로 바꾸는 플랫탑 빔 생성기와 달리 빔 호모게나이저는 불균일하고 불규칙하게 분포된 스폿을 균질화합니다. 단일 모드용 플랫탑 빔 생성기(M2< 1.3) Laser use, beam homogenizer for multi-mode laser homogenization effect is better.

빔 균질기는 일반적으로 "확산 각도"를 사용하여 장치를 통과한 후 시준된 빔의 발산 능력을 특성화합니다. 다른 초점 거리의 렌즈를 선택하여 다른 프로젝션 영역을 얻을 수 있습니다.

① 빔 호모게나이저의 사용 특성:

· 수직 배치 및 측면 편차에 민감하지 않습니다.

· 입사각의 편차로 인해 0차가 약간 증가합니다.

· 입사광 크기 및 편광에 민감하지 않음; 광학 부품의 품질에 대한 특별한 요구 사항이 없습니다.

· M2가 작은 단일 모드 레이저의 균질화 효과가 좋지 않고 간섭 줄무늬가 있지만 패턴 가장자리가 선명합니다. M2가 큰 다중 모드 레이저의 균질화 효과는 매우 좋지만 가장자리가 약간 흐려집니다.

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