贝塞尔光束/长焦深元件/圆环光元件
一、产品概述及特点
“无衍射光束”自从被提出之后，由于其独特的光学性质迅速地在学术界掀起了研究热潮，特别在诸多工程技术应用当中，例如激光准直，精密测量，激光加工等领域，人们都希望或者一个能在传输过程中不会发生扩散的光束。1987年，罗切斯特大学的Durnin提出自由空间标量波动方程的一组特殊解，其场分布为第一类零阶贝塞尔函数的形式。常见的贝塞尔光束实现方法有：轴锥镜法，球面像差法，环缝—透镜法等等。
北京润和微光科技有限公司自主设计生产的长焦深元件，基于轴锥镜法实现的贝塞尔光束，在激光切割，激光打孔，圆环光束的产生等领域当中有极具优势的应用。
二、产品尺寸外观
本公司所设计生产的衍射光学元件的典型外观，如下图所示，其大小为直径25.4mm（1英寸），厚度为3mm，材料一般为熔融石英薄片，当然，亦可根据客户的需求定制出不同大小参数的元件。
三、产品技术参数
3.1 元件材料
本公司的衍射匀化产品使用的原材料主要有熔融石英、PC、PMMA、硒化锌等，针对不同的波长，客户可选用不同的原材料。而本公司最常使用的原材料—石英选自康宁公司的编号7980的紫外石英，其光学参数见附表1。为提高光能透过率，可对元件进行镀膜，AR镀膜后的光透过率为98%以上。
3.2 贝塞尔光束实现方法
对于轴锥镜，可基于惠更斯-菲涅尔衍射积分理论推导平行光入射轴锥镜后的光场分布，并且利用稳相法求解，同时采用简单的几何方法给出轴锥镜的最大传输距离Zmax。在传输方向上，轴平面上的能量分布为：
可以看出能量分布满足第一类零级贝塞尔函数（红线）。
3.2.1 长焦深实现方法
在上述DOE元件之后，得到无衍射光束，其中心光斑在无衍射范围内的大小不变，配合聚焦镜，实现长焦深应用。
3.3 元件设计原理
假设半径为R的平行光入射到楔角为γ的轴锥镜当中，其中心无衍射亮斑的大小可由下式给出：
无衍射光斑的距离为：
当超出此距离，光斑形成一个圆，其发散角为：
对于普通聚焦镜其焦深可以用两倍的瑞利长度进行表示，它和光斑大小成反比，因此对DOE轴锥镜之后的光斑进行聚焦，得到更长的聚焦焦深。
3.4 主要技术参数
|
材料 |
熔融石英 |
|
试用波长 |
193nm~2000nm |
|
元件尺寸 |
根据客户需求进行定制 |
|
光能效率 |
＞98% |
|
镀膜 |
增透膜 |
|
焦深距离 |
根据客户需求进行定制 |
|
轴锥镜楔角 |
根据客户需求进行定制 |
3.5 加工误差的影响
在刻蚀加工元件的过程中，制作的误差会影响到焦深范围内的均匀性和整体的能量效率。
四、损伤阈值
针对我们产品的主流原材料----熔融石英，我们对其进行了损伤近似值的测试，实验光源采用1064nm的皮秒激光器，重复频率为800KHz，测出元件的损伤近似阈值如下所示：
|
项目 |
不镀膜 |
镀膜 |
|
平均功率（W) |
50 |
48 |
|
能量密度（J/cm2） |
1.9 |
1.8 |
|
峰值功率（GW/cm2） |
1250 |
1200 |
五、加工精度
对于扩散匀化片，本公司采用的干法刻蚀的工艺，这其中，刻蚀工艺的精度将直接影响到扩散片的匀化效果，为显示本公司的刻蚀工艺的加工精度，本公司委托第三方检测机构使用原子力显微镜检测匀化产品的表面三维结构，如下图所示：
可以看出，本公司采用的刻蚀工艺的深度精度可以控制在3%以内。
六、安全事项
6.1 环境要求
l 工作湿度：15%~85%
l 保存湿度：10%~90%
6.2 拆开检查
n 打开包装，仔细检查产品，并轻拿轻放
n 如果发现产品有任何损坏，请保留好并及时通知我公司人员
n 请不要尝试使用已损坏的产品
附图1
