多焦點(diǎn)DOE的原理

時(shí)間：2020-07-04作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：153

深圳維爾克斯專業(yè)代理的多焦點(diǎn)DOE英文名為：Multifocal lens for lasers，衍射光學(xué)元件主要是利用光的波動性去設(shè)計(jì)光學(xué)元件，通過衍射光學(xué)元件表面的微結(jié)構(gòu)去改變光在通過衍射光學(xué)元件時(shí)光波的傳輸相位從而進(jìn)一步對入射光進(jìn)行位相調(diào)制, 使光分散在不同的衍射級次上, 利用這個(gè)特點(diǎn), 通過對衍射級次的設(shè)定, 物距的設(shè)定，從而產(chǎn)生我們所需要的多焦點(diǎn)。
衍射光學(xué)元件在對入射光的位相進(jìn)行調(diào)制的過程中, 成像光學(xué)系統(tǒng)中使用的對稱式衍射光學(xué)元件的位相可表達(dá)為
φ(y)=A1y2+A2y?+??????
式中, y為衍射光學(xué)元件的徑向坐標(biāo); A1、A2???為各項(xiàng)系數(shù)。
多焦點(diǎn)DOE是就是利用照射到鏡片不同局域的入射激光分別聚焦，在軸向傳播方向上同時(shí)得到多個(gè)焦點(diǎn)
多焦點(diǎn)的位置是折射焦距、衍射焦距和預(yù)定衍射焦距的函數(shù)在“零”順序的焦點(diǎn)是指所使用的透鏡的折射焦距。其他的衍射焦點(diǎn)，級為+/-1、2、3…，對稱地出現(xiàn)在折射的“零”級周圍。焦點(diǎn)點(diǎn)之間的距離用下面的公式來描述:
焦點(diǎn)之間距離的近似表達(dá)式為:
 (1/f“m”Diffractive)=(1/fRefractive)+(1*m/fDiffractive)(m=±1, ±2, ±3………..)
f“m”:衍射級數(shù)為“m”的焦距
光圈:折射透鏡的焦距(FL)
衍射:衍射透鏡的焦距(FL)
多焦點(diǎn)光束在軸上形成的能量分布圖如下圖：
  
光束在經(jīng)過多焦點(diǎn)DOE后會形成間距近乎相等的焦點(diǎn)一般焦點(diǎn)個(gè)數(shù)為2-15個(gè)不等，間距一般為幾十到幾百微米
各個(gè)焦點(diǎn)的能量也基本一致。
對于具有偶數(shù)聚焦點(diǎn)的多焦點(diǎn)DOE，通過特殊的設(shè)計(jì)和處理實(shí)現(xiàn)零階光斑的去除。對于二進(jìn)制設(shè)計(jì)(2級圖案結(jié)構(gòu))，功率效率在75%(雙焦和多焦)到85%(三焦)之間變化。每個(gè)焦點(diǎn)包含輸入光束功率的一小部分。例如，對于一個(gè)三焦DOE(~85%效率)，**個(gè)焦斑將有~28%的輸入波束功率在精確衍射FL，“+1”順序。在傳播軸上，一個(gè)焦點(diǎn)將出現(xiàn)在透鏡的標(biāo)稱光圈處。在這里焦點(diǎn)將有大約28%的輸入光束功率。最后一個(gè)焦點(diǎn)出現(xiàn)在“-1”階(衍射階)，具有相同的能量。在每一階中，剩余的能量(~56%)將以光暈的形式分布在焦點(diǎn)周圍。多焦點(diǎn)也可以用作準(zhǔn)延長焦點(diǎn)元素，有效地在材料加工操作中創(chuàng)建較大的焦點(diǎn)深度。
多焦點(diǎn)鏡片本身是平面型的DOE，外加的聚焦鏡作用是增大焦深（切割深度），使多焦點(diǎn)DOE在傳播距離上具有較好的靈活性。


多焦點(diǎn)DOE的特點(diǎn)：
多焦點(diǎn)DOE的作用是使激光光束（單?；蚨嗄＃┤肷涞蕉嘟裹c(diǎn)DOE元件和聚焦鏡后，照射在被切割的透明物體時(shí)，能夠在傳播方向直接線上同時(shí)得到多個(gè)焦點(diǎn)。焦點(diǎn)之間的間距近乎相等，焦點(diǎn)數(shù)量2~15，切割深度0.1~5mm
-對于激光焦點(diǎn)數(shù)量、焦點(diǎn)間距、焦深長度我們都可以進(jìn)行定制，為各種激光深度切割應(yīng)用提供支持
-多焦點(diǎn)DOE的普適性高，可配合單模激光或多模激光進(jìn)行多焦點(diǎn)的制造
-而且損傷閾值高，適用于各類光纖激光器、大功率皮秒激光器、飛秒激光器
-波長也可覆蓋到193nm to 10.6um波段
-率，衍射效率較高可達(dá)>95%
 
多焦點(diǎn)DOE的應(yīng)用：
在激光玻璃切割和激光微加工等應(yīng)用中，多焦DOE可以用作準(zhǔn)伸長聚焦元件，有效地提高聚焦深度。
多焦點(diǎn)DOE主要應(yīng)用于激光深度切割，例如激光玻璃切割、藍(lán)寶石切割、透明薄膜切割。
目前玻璃，藍(lán)寶石的切割傳統(tǒng)的激光切割方法的缺點(diǎn)有切割深度不夠、*裂紋、切口粗糙、不夠精細(xì)等問題，而多焦點(diǎn)DOE切割可以很好地克服這些問題。它通過衍射光學(xué)原理對激光能量進(jìn)行精密調(diào)控，以均勻排布的多個(gè)焦點(diǎn)對材料進(jìn)行深度切割，它的切割精密且鋒利，對厚度不同的材料能夠切割出理想的切面。切面或切割截面的平整度達(dá)到微米量級甚至較高，得到邊緣光滑、無掛渣、無毛刺和切割面幾乎無坡度的效果，把加工質(zhì)量提升一個(gè)等級，滿足越來越精益的產(chǎn)品需求。激光加工系統(tǒng)中利用多焦點(diǎn)DOE或長焦深DOE切割玻璃、藍(lán)寶石和**玻璃等材料越來越受到行業(yè)的青睞。
對于多焦DOE我們有兩種配置:
1:由具有預(yù)定焦距的平凸透鏡和蝕刻在其平面上的衍射圖案組成的DOE。
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2:在多焦點(diǎn)DOE上添加一個(gè)常規(guī)的聚焦鏡頭，這樣可以較加靈活的改變聚焦的距離，從而適應(yīng)較加多變的工作環(huán)境。
 





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