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平顶光元件

衍射光束整形通常用于调节激光的空间强度和相位变化以获得理想的输出光斑或是能量密度,而衍射光学元件则是实现光束整形的必要器件。通过衍射光学元件,我们可以将激光的高斯光束整形为平顶光束输出从而得到一定光斑范围内的一致能量输出。 优点: 优秀的能量均匀性,高达95%的衍射效率,任意尺寸的方形或者圆形光斑输出,波长范围覆盖193nm—1064nm,采用康宁石英玻璃确保良好的稳定型和高功率场合要求,尺寸与现有光路系统匹配。
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产品描述

  在激光加工生产当中,如何将原有的激光光束整形得到一个光斑大小形状确定的平顶光束,越来越受到大家的关注。北京润和微光科技有限公司所设计生产的平顶光整形元件具有均匀性高,边界陡峭的特点,且光斑大小形状可以根据客户需求进行定制。

应用领域

  激光切割

  激光焊接

  激光划线

  薄膜处理,太阳能电池板切割,LED灯丝处理等

产品手册

  典型的平顶光整形系统由一个激光器,一个平顶光整形元件和一个聚焦镜组成,如下图所示,在此类平顶光元件中,对入射光有较高要求,要求M2小于1.3的单模激光,如果M2变大,则平顶效果变差,表现为光斑均匀性变差且边界陡峭性变差。在这种情况下,则需要对入射激光进行处理,包括光阑和准直系统。

  平顶光元件对入射的高斯光束进行相位调制而在聚焦镜的近焦平面上得到想得到的平顶光斑,需要再次强调的是平顶光斑并不是聚焦镜的焦平面上获得的,而是在这附近,经验上最佳位置里焦平面只有几个um左右。

  本公司在设计生产平顶光元件之前,需要客户提供一下参数:

  激光波长

  输出光斑大小

  工作距离

  输出光斑形状大小

  需要强调的是,平顶光元件是对参数变化极为敏感的元件,参数的变化,将极大的减小元件的平顶光效果。

  我们提倡的是用户在使用平顶光元件当中,先对激光进行扩束准直,因为大光斑对平顶光元件的平顶效果容错能力提升,且更容易得到更小的光斑。

  正如我们上述所提到的一样,平顶光元件需要准直的入射光束,为了得到稳定的平顶效果,就是将元件放置在激光的束腰处,即便其有一定的发散角(小于1°),其平顶效果依然明显。在使用过程中,通常DOE放置在距离束腰有一定的距离,则必须考虑入射光束的光斑大小和发散角,以得到入射到元件上的光斑大小,这样的结果虽然也能达到平顶效果,但是其平顶光斑位置会发生改变。总之,准确的高质量的波前更便于设计得到DOE 和DOE的平顶效果。

  在目标光斑大小的设计过程中,衍射极限光斑大小非常重要,如下公式呈现的那样,

  DL=(4*L*λ/π*D)*M2

  L:工作距离

  D:输入光斑大小(打在聚焦单元上为准)

  设计过程中的基本原则:

  不可能得到比衍射极限更小的平顶光斑

  最后的平顶光斑大小通常为衍射极限大小的1.5 - 5倍

  在使用元件的过程中,需要保证元件的对心,和光线的正入射。

产品参数

操作手册

  平台型平顶光元件(以下简称元件)是北京润和微光具有完全独立自主专利的产品,用以实现将M2小于1.5的高斯光束整形为平顶光束。该元件具有安装调试简单、透过率高、不改变已有光学系统等突出的优点。本文件用以描述该元件的安装调试方法。

  一、振镜系统应用。

  1.安装调试所需条件。振镜系统,用以安装固定元件的镜架,该镜架具备二维调节功能。

  2.安装调试方法

  首先将激光器出射激光扩束准直使得扩束准直后的光斑直径满足元件要求。

  第二,常规光学调整使得振镜系统实现其常规功能。

  第三,将元件至于扩束准直镜与振镜入口之间,位置由客户自行选择。激光通过元件后在数米的距离内发散角不发生改变。

  第四,不开光情况下粗调元件的位置使得元件中心与光轴重合。

  第五,佩戴护目镜,打开激光,将激光照射到一张A4白纸上,调节激光器功率直到佩戴护目镜情况下光斑可见为止。

  第六,佩戴护目镜,将A4白纸放置在元件后方,仔细观察可以在白纸上观察到元件中心图形的投影。例如,可获得正方形平顶光束的元件其投影即为正方形,可获得圆形平顶光束的元件其投影即为圆形。根据投影的位置细调元件位置使得元件中心与光轴完全重合。对于可获得圆形平顶光束的元件,其投影为圆形与光束形状一致,因此无需进行θ轴调整。对于其它元件,还需进行θ轴调整。

  第七,元件调节完毕后将其固定。

  第八,增加激光功率并进行打样。在场镜的焦点附近会出现平顶光效果。为了快速找到平顶光位置,建议客户安装Z轴自动调节平台,在焦点前后设置不同的焦点数值,自动进行打样,而后在显微镜下观察。

  二、非振镜系统

  1,安装调试所需条件:聚焦镜,能够同时容纳聚焦镜和元件的镜架,该镜架具备二维调节功能。

  2,安装调试方法

  首先将元件与聚焦镜紧密贴合,而后放置到镜架中。

  第二,将元件至于扩束准直镜之后,位置由客户自行选择。激光通过元件后在数米的距离内发散角不发生改变。

  第三,不开光情况下粗调元件的位置使得元件中心与光轴重合。

  第四,佩戴护目镜,打开激光,将激光照射到一张A4白纸上,调节激光器功率直到佩戴护目镜情况下光斑可见为止。

  第五,佩戴护目镜,将A4白纸放置在元件后方,仔细观察可以在白纸上观察到元件中心图形的投影。例如,可获得正方形平顶光束的元件其投影即为正方形,可获得圆形平顶光束的元件其投影即为圆形。根据投影的位置细调元件位置使得元件中心与光轴完全重合。对于可获得圆形平顶光束的元件,其投影为圆形与光束形状一致,因此无需进行θ轴调整。对于其它元件,还需进行θ轴调整。

  第六,元件调节完毕后将其固定。

  第八,增加激光功率并进行打样。在聚焦镜焦点附近会出现平顶光效果。为了快速找到平顶光位置,建议客户安装Z轴自动调节平台,在焦点前后设置不同的焦点数值,自动进行打样,而后在显微镜下观察。

注意事项

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