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圆形达曼光栅

  圆环形达曼光栅是一类具有环形相位结构的二值化光学器件,可以在夫琅禾费衍射场实现各个衍射次级等光强分布的圆形衍射场,即等强度分布的环形衍射场。因为光学系统大多时候为圆对称的结构,因此,圆环形达曼光栅可以很好地和光学系统地圆形孔径进行匹配,具有广泛地用途。
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产品描述

一、产品概述及特点

      圆环形达曼光栅是一类具有环形相位结构的二值化光学器件,可以在夫琅禾费衍射场实现各个衍射次级等光强分布的圆形衍射场,即等强度分布的环形衍射场。因为光学系统大多时候为圆对称的结构,因此,圆环形达曼光栅可以很好地和光学系统地圆形孔径进行匹配,具有广泛地用途。

根据圆形达曼光栅(Circular Dammann Grating, 缩写:CDG)结构形式可分为宽带圆形达曼光栅和窄带圆形达曼光栅。

1.1、宽带圆形达曼光栅(连续衍射分布)

      圆形达曼光栅的相位结构如下图所示,由圆形二值相位组成,通过调整各个圆环的半径和相位值,实现对初始激光光束的变换和整形。

          此发明设计夫琅禾费衍射场光路结构如下图所示:

其中,聚焦镜焦距为f,圆形达曼光栅的二值相位分别为φ0和0,则夫琅禾费衍射场可表示为:

强度场为: I=|E(ξ)|2

其中:J1(*)为一阶第一类贝塞尔函数; R为入射光斑半径,也就是圆形达曼光栅调制半径,f为聚焦镜焦距,λ为入射光波长,ρ为目标场横坐标。

      在φ0=π的情况下,只需通过优化算法得出[r0,r1,……rN]的各环带归一化半径,则可得到所需变换的目标光栅。但是,此类宽带圆形打满光栅的衍射场是连续的,光栅的结构也是非周期结构,其单位周期为入射光斑的半径。效果图如下如:

1.2、    窄带圆形达曼光栅(离散衍射分布)

      上述宽带CDG可以实现都等强度宽带圆环分布,但是因其不具有周期结构,其衍射场分布是连续的,无法得到离散的圆环衍射分布。因此,提出一种类似一维达曼光栅周期结构的,具有周期环状结构的窄带圆形达曼光栅,实现脉冲窄带的强度分布,即为离散圆环分布。其周期内径向结构分布如下所示:

       理想平面波入射情况下,其可实现窄带离散环状分布,如下如所示:

此类窄带离散分布的CDG,发散角可由光栅方程获得。

区别

宽带达曼光栅

窄带达曼光栅

周期

非周期

周期结构

衍射场分布

连续

离散

 

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、PCPMMA、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。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99%以上。

3.2 主要参数

材料

熔融石英

使用波长

193nm~2000nm

元件尺寸

根据客户需求进行定制

CDG类型

宽\窄

衍射场圆环数(含中心)

定制

镀膜

增透膜

3.3 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各焦点的均匀性和整体的能量效率。尤其在偶数个焦点的多焦点元件,加工误差将直接带来零级焦点和奇数焦点的出现。通常在红外波段零级焦点强度会控制在入射光能量的0.2%,紫外波段会略大于这个数值。

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

对于达曼光栅元件,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

   工作湿度:15%~85%

   保存湿度:10%~90%

6.2 拆开检查

  1. 打开包装,仔细检查产品,并轻拿轻放
  2. 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
  3. 请不要尝试使用已损坏的产品

6.3 警告

 

 

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