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光束整形器和聚焦型光束整形器

编辑:波长光电 时间:2017-03-06 09:17
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       光束整形是将入射光束的辐照度和相位,葡京投注:分布到所需输出目标的过程。一般来说,光束整形器通过单位放大将准直光束转变成平行输出光束;聚焦型光束整形器是由一个可以在目标平面上取得一个达到均匀的亚微米级的顶部光斑的聚焦镜构成。这个聚焦型光束整形器相对于其它的设计的优势是,用户可以灵活的的通过改变聚焦透镜就可以获得想要的光斑尺寸。此外,这种聚焦型光束整形系统,可以通过将聚焦透镜放置在光束整形系统后面,不影响顶部光斑的的任意距离,而扩展它的工作范围。能源效率也可以最大化,以避免多余的能源消耗。从而降低了制造成本,提高了生产效率。
 
       光束整形器的市场是非常有前途的,很多应用都需要一个均匀性很好的光束面。在激光加工行业,有很多应用,如标记显示技术,材料加工,通过钻孔印刷电路板(PCB)、划线、微焊接、雕刻、显微机械加工、太阳能电池技术、划片、退火工艺等,它们对工件要求良好的加工质量。此外,高能源利用效率是提高生产力的关键指标之一,同时能降低能源消耗。因此,光束整形技术为需要均匀的将能量投射到工件上的情况,提供了一个很好的解决方案。
 
       光束整形系统的主要目标是在激光微加工时最大限度地提高能源效率。因此,无损高效的光束整形系统是必要的。在无损系统中,应用能量守恒定律,它意味着理论输入光学系统的能量必须等于输出的能量。

      
输入端:
图1:典型高斯光束剖面
图1是一个单模高斯光束的辐射轮廓,,其中是峰值辐射,R是从质心的光束半径和束腰半径。由于轮廓对称,体积积分(体积A)可以通过旋转绕Y轴的面积积分而容易得到。




输出端:

Volume B = M Q2




图2:理想的顶点轮廓或矩形函数

 
图2是一个理想的,半径大小为Q的顶部焦点,和大小恒定为m辐照度。此轮廓的体积积分表示总输出的能量。由于轮廓对称,体积积分(体积B)可以通过旋转围绕Y轴的面积积分而容易得到。由于输入光学系统的能量必须等于输出能量,
体积 A = 体积 B
通过计算射线的高度公式,我们可以根据公式画出光线的分布,从而在焦点平面上得到均匀的分布。焦点能量的均匀性是这种光学系统的重要关键性能之一。良好的均匀性能为工件提供良好的加工质量。均匀的误差可以用公式表示:



其中分别是定义区域的最大输出强度和最小强度。由于轮廓对称,焦点区域是我们计算感兴趣的均匀区域。如果这个值穿过正弦菲涅耳函数的峰值和谷点,无论它是什么值,可以使焦点区域的辐射数据的性能系数合理化。对于某些光束在峰谷变化比较小,高的如0.98和0.99,但不大于或等于1时应采用合理的辐射数据。图3显示,当聚焦光束整形器被用于结合有限的聚焦光学系统衍射时,光斑的聚焦点的辐射轮廓。







图3:聚焦光束整形器的输入和输出的聚焦光束的光强分布

在图4中,高斯光束的光束中心在热敏纸上具有较高强度的的燃烧效应。至于,从光束整形器出来的焦点光束,它的光束尺寸是均匀和同质的。因此,焦点平面需要实现清洁的切割结果,但减少热影响区。



 图5是使用聚焦光束整形器和未使用聚焦光束整形器时,焦点的微观图像。正如我们在虚拟的焦点轮廓中所看到的,聚焦光束整形器能够在直壁边缘扩展焦深。而无聚焦光束整形器时,我们可以看到聚焦高斯光斑的切口宽度和大量的热影响区。



结论
在这个快速发展的时代,效率是成功的关键。聚焦型光束整形器不仅能够达到具有良好均匀的亚微米级,它也为通过改变聚焦透镜以改变光斑大小提供了灵活性,来满足不同用户的需要。通过改变聚焦透镜,聚焦型光束整形器能够产生想要的光斑尺寸,从而提高制造质量。
作者介绍:
 郑少文:波长光电科技股份有限公司 资深光学设计师
翻译人:
秦祥:波长光电科技股份有限公司 工业设计师
公司介绍:
葡京投注成立于2002年,是一家集光学设计、生产、销售于一体的国家级高新技术企业, 公司位于南京江宁湖熟工业集中区,占地面积13000余平方米,旗下设有多个子公司。十多年来,在公司全体员工的开拓进取和团结协作下,公司规模不断扩大, 在中、小功率激光加工光学界名列第一,  并于2014年12月16日成功登陆“新三板”,取得证券挂牌资格


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文章摘要:光束整形器和聚焦型光束整形器,无家可归布鲁斯快抢,风月无涯死心眼相呴以湿。

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