องค์ประกอบแสงเลี้ยวเบนDOE ใช้สำหรับการประมวลผลวัสดุเลเซอร์ความงามทางการแพทย์

องค์ประกอบแสงเลี้ยวเบน

องค์ประกอบแสงเลี้ยวเบน (DOE) ใช้การออกแบบโครงสร้างขนาดเล็กเพื่อเปลี่ยนเฟสของแสงที่ส่งผ่าน การออกแบบที่เหมาะสมการเลี้ยวเบนแสงโครงสร้างขนาดเล็กของพื้นผิวเดิมสามารถทำให้การส่งออกแสงใด ๆ ที่สอดคล้องกับการออกแบบการกระจายความเข้มแสงเมื่อป้อนแสงเฉพาะDOEเทคโนโลยีตระหนักถึงการทำงานหลายอย่างและการทำงานกับแสงที่ระบบออปติคอลแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้ ในการใช้งานจำนวนมากเทคโนโลยีเหล่านี้ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบอย่างมาก โครงการเลนส์การเลี้ยวเบนมีข้อดีหลายประการเช่นประสิทธิภาพสูงความแม่นยำสูงขนาดเล็กน้ำหนักต่ำที่สำคัญที่สุดคือมีความยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการของแอพพลิเคชั่นที่แตกต่างกัน

DOEผลิตภัณฑ์: ตัวแยกลำแสงและตัวสร้างลำแสง

แยกลำแสงDOEใช้ในการแบ่งลำแสงเลเซอร์แต่ละตัวออกเป็นหลายลำแสงแต่ละตัวมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับลำแสงที่เข้ามา (ยกเว้นพลังงานและมุมการแพร่กระจาย) ตามรูปแบบการเลี้ยวเบนของตัวแยกลำแสง,ตัวแยกลำแสงสามารถผลิต1อาร์เรย์ลำแสงมิติ (1×N) หรือ2เมทริกซ์ลำแสงมิติ (M×N）。 แยกลำแสงDOEนอกจากนี้ยังสามารถแบ่งลำแสงที่เข้ามาเป็นการกระจายจุดที่แตกต่างกันเช่นวงกลมรูปแบบสุ่มอาร์เรย์หกเหลี่ยม ฯลฯ ตัวแยกลำแสงต้องใช้กับแสงสีเดียว (เช่นลำแสงเลเซอร์) ตัวแยกลำแสงที่แตกต่างกันมีความยาวคลื่นเฉพาะและมุมแยกระหว่างลำแสงเอาต์พุตเฉพาะ

การปรับลำแสงสามารถแปลงลำแสงใกล้เกาส์เป็นลำแสงที่สม่ำเสมอในรูปทรงกลมสี่เหลี่ยมจัตุรัสและเส้นบนพื้นผิวการทำงานและโปรไฟล์ขอบ (การกระจายความเข้มแสง) ความชัดเจนในสิบในเวลาเดียวกัน Beam Shaper สามารถกระจายความเข้มเอาต์พุตได้อย่างสม่ำเสมอเพื่อให้สามารถประมวลผลพื้นผิวได้อย่างสม่ำเสมอในระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์และป้องกันการสัมผัสมากเกินไปหรือการเปิดรับแสงไม่เพียงพอในพื้นที่เฉพาะ นอกจากนี้ จุดไฟยังมีพื้นที่เปลี่ยนผ่านที่สูงชัน ดังนั้นจึงสร้างขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างพื้นที่ที่ได้รับการบําบัดและพื้นที่ที่ไม่ได้รับการบําบัด Beam Shaper ซีรี่ส์รวมถึง homogenizer,top-hat,เลนส์ Scroll (แผ่นเฟสเกลียว) และ Axis Conoscope แบบเลี้ยวเบน

DOEการใช้งานทั่วไป

เนื่องจากกำลังแสงเลเซอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องส่วนประกอบออปติคัลของผู้ใช้หลายระบบแบบบูรณาการอาจไม่สามารถทนต่อเลเซอร์พลังงานสูงได้ ดังนั้นเกณฑ์ความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ (LIDTหรือLDT) พารามิเตอร์กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกองค์ประกอบแสง เกณฑ์ความเสียหายสูงของเลนส์การเลี้ยวเบนทำให้เหมาะสำหรับระบบอุตสาหกรรมพลังงานสูงและการใช้งาน ทั้งแอปพลิเคชันการประมวลผลวัสดุเลเซอร์และความงามทางการแพทย์ด้วยเลเซอร์ (ความงามทางการแพทย์) ต้องใช้เลเซอร์พลังงานสูง

แผนภาพ1การกระจายจุดแยกลำแสงที่แตกต่างกันจากซ้ายไปขวา:5×5อาร์เรย์, สุ่ม, อาร์เรย์หกเหลี่ยม, รอบ

แผนภาพ2ผลลัพธ์ของรูปทรงลำแสงที่แตกต่างกันจากซ้ายไปขวา: Homogenizer, Flat Top Light, เลนส์เลื่อนและปริซึมการเลี้ยวเบน

การประยุกต์ใช้องค์ประกอบแสงเลี้ยวเบนในการประยุกต์ใช้วัสดุเลเซอร์

ล่าสุดมีการพัฒนาระบบเลเซอร์ใหม่เพื่อความต้องการในอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้น มีการพัฒนากระบวนการใหม่ ๆ มากมายและกระบวนการประมวลผลแบบดั้งเดิมจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยกระบวนการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การประมวลผลวัสดุเลเซอร์เป็นส่วนใหญ่ของตลาดเลเซอร์ทั้งหมด,DOEมีบทบาทสำคัญในการสร้างลำแสงเลเซอร์ที่ปรับให้เข้ากับกระบวนการ เทคโนโลยีการขึ้นรูปและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของลำแสงเลเซอร์เป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานการประมวลผลวัสดุเลเซอร์จำนวนมากDOEโดยปกติจะใช้ในระบบการระเหยด้วยเลเซอร์และการประมวลผลด้วยเลเซอร์การเจาะด้วยเลเซอร์การตัดด้วยเลเซอร์และการประมวลผลอื่น ๆ เพื่อสร้างโครงสร้างลักษณะเล็ก ๆ บนพื้นผิว

DOEการรักษาความงามด้วยเลเซอร์

เนื่องจากการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์กลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้มากขึ้นในสาขาการแพทย์และความงามความสามารถในการควบคุมการส่งออกเลเซอร์จึงมีความสำคัญมากขึ้นDOEให้โซลูชันที่เป็นเอกลักษณ์ที่ช่วยให้ลำแสงสามารถทำงานได้หลายวิธีในขณะที่ยังคงมีน้ำหนักเบาขององค์ประกอบ การรักษาความงามมักใช้เลเซอร์พลังงานสูง ต้องการการเปิดรับแสงด้วยเลเซอร์สม่ำเสมอและแม่นยำด้วยขอบคมที่แม่นยำในขณะที่มีประสิทธิภาพสูง นี่คือทางออกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการสร้างลำแสงโดยใช้เลนส์การเลี้ยวเบนDOEมักใช้ในการกำจัดขนด้วยเลเซอร์, การกำจัดรอยสักด้วยเลเซอร์, การซ่อมแซมผิว, การฟื้นฟูผิว ฯลฯ

เลนส์ Diffuser - แยกลำแสง

หลักการทำงานของตัวแยกลำแสงนั้นง่ายมาก ลำแสงอินพุตจาก Collimator, ลำแสงเอาต์พุตจากแยกลำแสงที่มุมแยกตามความต้องการของระบบของลูกค้าDOEออกมา, มุมการแยกนี้อยู่ในDOEกำหนดระหว่างการออกแบบและมุมการแยกมีความแม่นยำมาก (ข้อผิดพลาด<0.03mRad）。 การแยกลำแสงถูกออกแบบมาสำหรับสนามไกล ดังนั้นเมื่อลำแสงส่องผ่านDOEแพร่กระจายต่อไปหลังจากนั้น พวกมันชัดเจนขึ้น

แผนภาพ3แยกลำแสงDOE,การตั้งค่าพื้นฐาน,EFL =ความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพ,m =ลำดับ (จุด) สำหรับหลายจุด θs=มุมแยกระหว่างสองโฟกัสd = 2ระยะห่างระหว่างจุดโฟกัส (ระยะห่าง) θf= มุมเต็มD =ความยาวของอาร์เรย์จุด

แผนภาพ4 1×6หลายจุดแพร่กระจายในสื่อกระจาย

หลายจุดที่เกิดขึ้นมี "ระดับศูนย์" ไม่มีการเลี้ยวเบนและลำแสงปฏิบัติตามกฎของการสะท้อนและการหักเห สำหรับตัวแยกลำแสงมาตรฐานที่มีลำแสงคี่มุมการแยกเป็นคำสั่ง+1และคำสั่ง0มุมระหว่าง ( ลำดับ0เป็นลำแสงที่คาดหวัง) สำหรับแยกลำแสงมาตรฐานที่มีลำแสงคู่มุมแยกคือ+1การสั่งซื้อและ-1มุมระหว่างคำสั่ง (คำสั่งศูนย์ไม่ใช่ลำแสงที่ต้องการ)

เลนส์การเลี้ยวเบน - ใช้DOEคานรูปร่าง

Beam Shaper เป็นองค์ประกอบเฟสที่แปลงลำแสงอินพุทเกาส์ให้เป็นจุดที่สม่ำเสมอด้วยขอบคมที่ระยะการทำงานที่เฉพาะเจาะจง Beam Shaper แต่ละตัวสามารถใช้งานได้เฉพาะในสภาพแสงที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้นนั่นคือชุดของพารามิเตอร์ออปติคอลที่เป็นเอกลักษณ์: ความยาวคลื่นขนาดลำแสงอินพุตระยะการทำงานและขนาดจุดออก

การตั้งค่าพื้นฐานที่สุดในการใช้งาน Beam Shaper รวมถึงเลเซอร์องค์ประกอบการเลี้ยวเบนของ Beam Shaper และพื้นผิวที่จะได้รับการรักษา

คานด้านบนแบน Shaper

Top Cap Beam Shaper ใช้สำหรับลำแสงเลเซอร์ที่เกิดขึ้นเกือบเกาส์เพื่อแปลงเป็นจุดที่มีความแข็งแรงสม่ำเสมอในรูปทรงกลมสี่เหลี่ยมจัตุรัสเส้นหรือรูปร่างอื่น ๆ ที่มีขอบคมคุณภาพสูงในระนาบการทำงานที่เฉพาะเจาะจง เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพของ Beam Shaper ที่มีคุณภาพสูงเอาต์พุตเลเซอร์ควรเป็นโหมดเดี่ยว (TEM00），M2ค่า<1.3。

โดย Beam Shaper สามารถทิ้งจุดแสงสม่ำเสมอบนพื้นผิวของวัตถุที่จะรักษาและบนพื้นผิวสามารถป้องกันการสัมผัสที่มากเกินไปหรือการเปิดรับแสงไม่เพียงพอในพื้นที่เฉพาะ นอกจากนี้จุดนี้ยังโดดเด่นด้วยพื้นที่การเปลี่ยนผ่านที่คมชัดซึ่งมีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างพื้นที่ที่ได้รับการรักษาและพื้นที่ที่ไม่ได้รับการรักษา Top Cap Beam Shaper มีประสิทธิภาพสูง (โดยปกติ> 95%), ความสม่ำเสมอที่ดีเยี่ยม (ปกติ±5%), พื้นที่เปลี่ยนที่สูงชันและเกณฑ์ความเสียหายด้วยเลเซอร์สูง นอกจากนี้ Beam Shaper ด้านบนยังมีความไวต่อขนาดลำแสงอินพุตระยะการทำงานและการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบ ด้านบนแบนDOEมักใช้สำหรับการประมวลผลวัสดุเลเซอร์ (การระเหยด้วยเลเซอร์, การตัดด้วยเลเซอร์, การเจาะด้วยเลเซอร์), การรักษาความงาม (สักและกำจัดขน), การประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ (การไหลเวียนของเซลล์) และอื่น ๆ

Homogenizer - ลำแสง Shaper

Homogenizer ออปติคอลDOEแปลงลำแสงอินพุตโหมดเดี่ยวหรือมัลติโหมดเป็นลำแสงเอาท์พุทที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนโดยมีรูปร่างที่ต้องการและความแข็งแรงของหลังคาแบนสม่ำเสมอ diffuser ที่พบมากที่สุดได้รับรูปร่างกลมสี่เหลี่ยมผืนผ้ารูปไข่และหกเหลี่ยม ขณะเดียวกันก็สามารถออกแบบภาพได้เกือบทุกรูปทรง ขอบของลำแสงกระจายมักจะสูงชันไม่แน่นอน อัตราส่วนระหว่างมุมความแตกต่างของอินพุตและมุมการแพร่กระจายของ homogenizers กำหนดอัตราส่วนของพื้นที่การเปลี่ยนผ่านและพื้นที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันของลำแสงเอาท์พุท เพื่อให้บรรลุการกระจายความเข้มของลำแสงในสนามไกลหรือระนาบโฟกัสในอุดมคติDOEHomogenizer แบ่งลำแสงของแสงที่เกิดขึ้นในทิศทางกึ่งสุ่มในครึ่งทิศทางสุ่ม วิธีการนี้สามารถออกแบบองค์ประกอบที่สามารถสร้างรูปร่างใด ๆ ที่มีมุมการส่งออกที่แม่นยำและขนาดภายใต้เงื่อนไขของความเข้มแสงที่สม่ำเสมอ ประสิทธิภาพของ diffuser ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ลำแสงที่เกิดขึ้นนอกจากนี้โดยการใช้สูงM2ลำแสงอินพุตสามารถบรรลุความสม่ำเสมอที่สูงขึ้น (รูป7）。 Homogenizer Beam Shaper ไม่ไวต่อขนาดลำแสงการเคลื่อนที่และการเอียงขององค์ประกอบ มีเกณฑ์ความเสียหายด้วยเลเซอร์สูงในขณะที่ความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพแตกต่างกันไปตามการออกแบบ โฮโมจีไนเซอร์DOEมักใช้สำหรับการประมวลผลวัสดุเลเซอร์ (การเชื่อมด้วยเลเซอร์การประสานด้วยเลเซอร์) การรักษาความงาม (รอยสัก/กำจัดขน ปรับรูปร่าง) ฯลฯ

แผนภาพ5คาน ShaperDOE,การตั้งค่าพื้นฐาน,d =รูปร่างขนาดจุด,D =เส้นผ่าศูนย์กลางลำแสง,EFL =ความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพ

แผนภาพ6การกระจายความแข็งแรงของฝาครอบด้านบน, ซ้าย: สี่เหลี่ยม, ขวา: รอบ

แผนภาพ7คุณสมบัติ Homogenizer ตามM2การเปลี่ยนแปลงซ้าย:M2 = 1, ขวา:M2 = 10 แผนภาพ8เลนส์ ScrollDOEขั้นตอนเฟส

เลนส์ Diffuser - แผ่นเฟสเกลียว

เลนส์ ScrollDOEแปลงการกระจายอินพุตเกาส์เป็นวงแหวนพลังงานวงแหวน แผ่นเฟสเกลียวเป็นองค์ประกอบออปติคัลที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งมีโครงสร้างที่ประกอบด้วยเฟสเกลียวหรือเกลียวอย่างสมบูรณ์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมเฟสของลำแสงที่ส่งผ่าน ความลึกของการแกะสลักทั้งหมดจากด้านบนถึงด้านล่างของ "บันได" เป็นหน้าที่ของดัชนีแสงที่ออกแบบความยาวคลื่นและพื้นผิว โดยทั่วไปความลึกนี้มีระดับเดียวกับความยาวคลื่นที่ออกแบบไว้ ดังนั้นแผ่นเฟสเลื่อนแต่ละแผ่นจึงมีความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจง ออปติคัลสโครลต้องอินพุตโหมดเดียวของ collimator (TEM00) ลำแสงอินพุตเกาส์และแปลงเป็นTEM01รูปแบบสมมาตรแกน

มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนสองประการในการใช้เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงอินพุตที่ใหญ่ขึ้น ประการแรกลำแสงขนาดใหญ่จะลดคู่เอาต์พุตเล็กน้อยDOEความไวของความคลาดเคลื่อนการจัดตำแหน่ง ประการที่สองเส้นผ่าศูนย์กลางลำแสงอินพุตขนาดใหญ่จะสามารถสร้างจุดน้ำวนขนาดเล็กซึ่งมักจะเป็นผลลัพธ์ที่ต้องการในการใช้งานจำนวนมาก เลนส์สโครลมีประสิทธิภาพสูง (โดยปกติ> 90%) และเกณฑ์ความเสียหายที่ต่ำกว่า มันมีความไวของการกระจัดและการหมุนขององค์ประกอบ เลนส์ ScrollDOEมักใช้สำหรับการประมวลผลวัสดุ (การเชื่อม), การสื่อสารด้วยแสง (การแปลงและการสร้างโหมดออปติคัล), การใช้งานทางวิทยาศาสตร์ (STEDกล้องจุลทรรศน์ แหนบแสง) เป็นต้น

สรุป:

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนประกอบออปติคัลการเลี้ยวเบนได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่และใช้กันอย่างแพร่หลายDOEเทคโนโลยีส่วนใหญ่ใช้ในการสร้างรูปร่างลำแสงและการแยกลำแสง ฯลฯ ส่วนใหญ่ใช้ในการประยุกต์ใช้การประมวลผลวัสดุเลเซอร์ความงามทางการแพทย์และการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์และสาขาอื่น ๆ และมีตลาดขนาดใหญ่คิดเป็นส่วนใหญ่ของตลาดการประยุกต์ใช้เลเซอร์ทั้งหมด เนื่องจากความเข้มงวดในการปรับปรุงพลังงานเลเซอร์อย่างต่อเนื่องและความต้องการความแม่นยำอย่างต่อเนื่องDOEเกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์ที่สูงและคุณสมบัติที่แม่นยำสูงทำให้เป็นทางออกที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาการใช้เลเซอร์