Un diffusore ottico è un elemento ottico che disperde la potenza ottica di un raggio in arrivo, ovvero diffonde l'energia luminosa del profilo del raggio, rendendo la busta di energia più liscia rispetto al raggio in arrivo originale.
Esistono molti tipi di diffusori ottici, tra cui elementi ottici olografici e diffusori perfettamente riflessivi, ma in questo articolo, ci concentreremo sull'applicazione di diffusori ottici nei sistemi laser ad alta potenza, vale a dire le applicazioni diffusori diffusenti e microlens.
Alcune domande frequenti sui diffusori ottici
Cos'è un diffusore ottico?
Un diffusore ottico è un componente che omogeneizza e leviga il profilo di un raggio di luce. Alcuni diffusori ottici (diffusori diffrattivi) funzionano nella trasmissione, mentre altri (diffusori microlens) funzionano nella riflessione.
Come vengono progettati i diffusori ottici?
Il design del diffusore ottico si basa sull'angolo, la curva e la forma di intensità desiderate. I diffusori ottici diffrattivi sono ottimizzati per una singola lunghezza d'onda con una precisione angolare estremamente elevata, mentre i diffusori di microleni di rifrazione funzionano sull'intero spettro di trasparenza del loro materiale ma con una precisione meno angolare.
Come vengono prodotti i diffusori ottici?
Esistono molti metodi per produrre diffusori ottici ad alta potenza, compresi i metodi basati sulla litografia e nell'attacco a semiconduttore e sull'ablazione a base laser o sui metodi di incisione assistita dal laser.
Applicazione del diffusore ottico nel sistema laser ad alta potenza
Esistono molte applicazioni per diffusori ottici nei sistemi laser ad alta potenza, alcune applicazioni comuni includono.
Trattamenti laser cosmetici cutanei, inclusa la rimozione del tatuaggio. In genere, i laser in tali sistemi hanno un profilo di intensità irregolare, potenzialmente danneggiando i punti caldi sulla pelle del paziente. È qui che viene utilizzato un diffusore ottico e modellato in un punto liscio della giusta dimensione per i risultati del trattamento ottimali.
Saldatura laser, rivestimento laser e ricottura laser utilizzando laser a multimodali di grandi dimensioni (> 100um). In tali applicazioni, in cui vengono spesso utilizzati raggi multi-kilowatt, sono richiesti diametri di grandi dimensioni (> 10 mm) dopo la collimazione laser in fibra per evitare danni al sistema ottico. Questi raggi possono essere modellati da diffusori ottici, a causa della loro natura altamente multimodale e della mancanza di macchie, per ottenere profili rettangolari o lineari adatti a alcuni processi industriali.
Litografia Deep-UV a base laser, in genere utilizzando laser M2 molto alti. Tali laser tendono ad avere profili non uniformi o instabili e un modo comune per affrontarlo è attraverso l'uso di diffusori ottici per modellare e omogeneizzare il raggio. In questa applicazione, nella maggior parte dei casi sono preferiti i diffusori diffrattivi perché gli angoli sono spesso una precisione angolare molto piccola e assoluta.
Design del diffusore ottico
La progettazione di un diffusore ottico diffrattivo tiene conto della forma e del profilo di intensità desiderate, nonché la lunghezza d'onda, che deve essere prodotta dal diffusore.
Questi parametri di progettazione vengono immessi in un algoritmo iterativo di trasformazione di Fourier (IFTA), che ottimizza la fase del diffusore simulato per ridurre al minimo la deviazione dal profilo desiderato. I progetti di diffrazione sono composti da livelli binari, di solito tra 2-16 livelli. Grazie al suo design multilivello e ad alta efficienza, questa ottimizzazione spesso provoca vortici ottici nella fase, rendendo la produzione impegnativa e richiedendo un allineamento ad alta precisione. I diffusori microlens, spesso chiamati diffusori di rifrazione, sono progettati analiticamente definendo il tono e l'abbassamento degli obiettivi. Per la diffusione circolare, un fattore di randomizzazione (forma cellulare o posizione delle lenti) viene utilizzato per rompere la simmetria della lente e raggiungere la forma.
In diffusori ottici più complessi di rifrazione, altri tipi di randomizzazione di fase vengono spesso aggiunti alle superfici dell'obiettivo per migliorare l'uniformità e ridurre gli artefatti di ordine prodotti dalla spaziatura dei microlens, come i diffusori a banda larga Holo/o o.
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