Схема применения сборки пластинчато-конусной линзы LBTEK	① Крепление для регулировки смещения XY коаксиальной системы диаметром 30 мм  TXY1 ×1	② Пластинчатый конус  PBA25-532-05 ×1
	③ Стопорное кольцо SM1  SMIR ×1	④ Ключ для стопорных колец SM1  OWR-1A ×1

 

 

Пластинчато-конусная линза LBTEK – пример применения

1. Головка лазерной обработки Бесселя

Луч Бесселя представляет собой недифрагированный луч, обычно создаваемый аксиконовой линзой. Он имеет характеристики большой фокусной глубины и небольшого сфокусированного пятна и может достигать большой глубины резания. Поэтому его часто используют для обработки прозрачных и хрупких материалов. например, стекло, керамика и сапфир. Обычная конфигурация оптического пути головки лазерной обработки Бесселя такова: линза аксикона служит преобразователем луча Бесселя и взаимодействует с формирующим эффектом бителецентрической оптической системы, образуя модуль, подходящий для модуляции конечного луча оборудования лазерной обработки, создавая луч, который можно напрямую использовать. Луч Бесселя с определенной фокусной глубиной для лазерной резки.

Рисунок 1. Пример оптического пути лазерной обрабатывающей головки Бесселя.

2. Оптический захват

Луч, излучаемый через плоскую коническую линзу, имеет кольцевое распределение интенсивности в дальней зоне. Это распределение интенсивности похоже на распределение интенсивности вихревого луча в форме «центрального отверстия». Оба они могут использовать характеристики распределения энергии с большим градиентом для оптически захватывать мельчайшие частицы: яркую часть ореола можно использовать в качестве отталкивающей стены, манипулируя положением частиц, чтобы они оставались в более темных областях внутри ореола. Помимо требований к распределению градиента энергии, на возможность захвата частиц также будут влиять такие факторы, как форма, размер, коэффициент поглощения частиц, длина волны, радиус перетяжки луча и мощность лазера. Время должно соблюдаться соотношение показателей преломления окружающей среды.Показатель преломления захваченных частиц мал, так что световое поле может оказывать градиентную силу в направлении фокуса на частицах.

Рисунок 2. Рой частиц « захвачен » в центральной темной области кольцевым лучом.

Линзы LBTEK Plate Acon – Техническое описание

I. Обзор

Пластинчатая аксиконовая линза LBTEK (PB Axicon, PBA) изготовлена ​​из стеклянной подложки N-BK7 и жидкокристаллического полимера (LCP) и имеет сэндвич-структуру, состоящую из «передней и задней стеклянных подложек и слоя функциональной пленки LCP посередине».

В слое LCP ориентация молекул жидкого кристалла по быстрой оси распределяется равным периодическим градиентом вдоль радиального направления подложки, которая имеет одинаковое запаздывание λ/2 во всей плоскости устройства, что делает ее одноволновой. устройство. Линза с плоским конусом обладает оптическими свойствами, связанными с поляризацией. Ее можно использовать для достижения кольцевой конвергенции или расхождения луча в зависимости от состояния поляризации падающего луча. Когда падающий свет представляет собой левосторонний круговой поляризованный свет, он также может быть используется для генерации недифракционного и самовосстанавливающегося света.Характерный луч Бесселя.

По сравнению с традиционными конусными линзами, плоские конусные линзы LBTEK имеют плоскую структуру без трехмерных конических кончиков, что упрощает их интеграцию.В то же время структурная форма кончика конической части зависит от изменения ориентации молекул жидких кристаллов, который может достичь точности обработки на микронном уровне, кроме того, он имеет характеристики большой дисперсии.

2. Структура внешнего вида

1. Внешний вид продукта

Плоскоконусная линза LBTEK основана на стеклянной подложке N-BK7 и жидкокристаллическом полимерном двулучепреломляющем материале и изготовлена ​​с помощью процесса контролируемой светом ориентации. Она представляет собой сэндвич-структуру «передняя и задняя стеклянная подложка + средний слой функциональной пленки LCP».

На боковой стороне компонента имеется стрелка направления падения. Когда падающий свет проходит через линзу с пластинчатым конусом в отмеченном направлении: если падающий свет является левосторонним светом с круговой поляризацией, исходящий свет будет правосторонним. кольцевой луч с круговой поляризацией, который сначала сходится, а затем расходится; если падающий свет представляет собой свет с левой круговой поляризацией, свет представляет собой свет с правой круговой поляризацией, а излучаемый свет представляет собой расходящийся кольцевой луч с левой круговой поляризацией.

Рисунок 1. Внешний вид пластинчато-конусной линзы LBTEK.

2. Быстрая ориентация оси

Линза с пластинчатым конусом LBTEK выполняет фазовую модуляцию падающего светового луча на основе расположения молекул жидкого кристалла по быстрой оси. Фаза целевого конуса может быть выражена как:

Среди них r — пространственная координата плоскости элемента, а p — период фазы конуса, который используется для управления размером генерируемого кольцевого луча. Эффект фазовой модуляции проявляется в виде геометрической фазовой модуляции.Азимутальный угол быстрой оси молекул жидкого кристалла составляет половину фазы, то есть:

Рис. 2. Фазовый период пластинчато-конусной линзы и расположение молекул в слое жидкокристаллической полимерной пленки.

3. Оптические свойства

1. Поляризационная зависимость

При условии соответствия указанному направлению инцидента продукта——

• Когда падающий свет представляет собой свет с левосторонней круговой поляризацией, исходящий свет представляет собой свет с правосторонней круговой поляризацией, который сначала сходится, а затем расходится;
• Когда падающий свет представляет собой правосторонний свет с круговой поляризацией, исходящий свет представляет собой расходящийся свет с левой круговой поляризацией.
• В обоих случаях излучаемый свет имеет форму кольца в дальней зоне, и ширина кольца не меняется с увеличением расстояния излучения.

Рисунок 3. Поляризационная зависимость пластинчато-конусной линзы.

2. Недифракционные характеристики и характеристики самовосстановления пучка Бесселя.

При условии соответствия направлению падения, заданному продуктом, когда падающий световой луч представляет собой левосторонний круговой поляризованный свет, состояние поляризации преобразуется в правостороннюю круговую поляризацию после модуляции плоской конической линзой и имеет фокусирующий конус. фаза, которая фокусируется на формировании бездифракционной области. Луч, генерируемый в этой области, имеет характеристики луча Бесселя, и при продолжении передачи образуется кольцевой луч.

Вблизи плоскости xy, фокальная плоскость, плоскость xy, дальнее поле, плоскость xz, большая глубина фокуса (моделирование)

Рисунок 4. Распределение интенсивности пучка Бесселя.

Пучок Бесселя практически не имеет дифракции на небольшом расстоянии, имеет большую глубину фокусировки и может самостоятельно восстанавливаться после прохождения препятствий.

Рисунок 5. Характеристики самовосстановления пучка Бесселя.

4. Описание параметров

1. Угол отклонения

Угол отклонения θ пластинчато-конусной линзы LBTEK представляет собой половину угла схождения или расхождения исходящего луча, полученного после падения коллимированного луча.Он используется для измерения способности конусной линзы к сходимости и расходимости на луче. и является одним из ключевых параметров конической линзы. На него влияют параметр фазового периода p и рабочая длина волны λ в слое функциональной пленки LCP, и, в частности, он следует формуле дифракции:

2. Расстояние без дифракции

При условии, что направление падения, заданное продуктом, соблюдено, когда левосторонний круговой поляризованный свет проходит через плоскую конусную линзу, луч отклоняется в радиальном направлении и фокусируется, образуя область без дифракции, которая создает пучок с характеристиками бесселя. Максимальное недифракционное расстояние Z _max этого луча связано с диаметром падающего света D и углом отклонения θ пластинчато-конической линзы и может быть выражено как:

В пределах недифракционного расстояния Z _max энергия луча фокусируется в небольшой и вытянутой области на большом расстоянии, поэтому можно получить более высокую концентрацию энергии и большую глубину фокуса, чем у гауссова луча.

3. Диаметр кольцевой балки и ширина кольца.

После прохождения луча через плоскую коническую линзу в дальней зоне образуется кольцевое пятно, на внутренний диаметр которого в основном влияют расстояние распространения WD, недифракционное расстояние Z _{max и} угол отклонения плоской конической линзы θ. Подробности таковы (на примере левополяризованного света по кругу):

Ширина кольца кольцевого светового пятна не меняется с изменением расстояния распространения WD и всегда составляет половину диаметра падающего луча D:

Рисунок 6. Принципиальная схема расчетной зависимости параметров пластинчато-конусной линзы ( на примере левополяризованного света по кругу ).

4. Расчетная взаимосвязь между параметрами пластинчатой ​​аксиконовой линзы и традиционными параметрами аксиконной линзы.

Для традиционных преломляющих аксиконовых линз параметрами, на которые мы часто обращаем внимание, являются угол при вершине α и угол перетяжки β. Предполагая, что показатель преломления традиционного материала преломляющих аксиконных линз равен n, его угол отклонения θ (т. е. угол отклонения θ, который часто упоминается для традиционного угла конуса линз Axicon) удовлетворяет:

Когда значение угла перетяжки β мало, в условиях аппроксимации малого угла оно удовлетворяет:

Видно, что пластинчато-конусная линза LBTEK с углом отклонения θ=2,3° соответствует традиционной преломляющей конической линзе с α=170° и β=5°, пластинчато-конусная линза LBTEK с углом отклонения θ=4,7. ° соответствует α= 160°, β=10° традиционной преломляющей аксиконовой линзе.

Рис. 7. Принципиальная схема расчетной зависимости параметров конической линзы.

5. Пропорция нулевого уровня

Доля нулевого порядка пластинчато-конусной линзы LBTEK определяется как отношение точечной мощности нулевого порядка к общей мощности исходящего луча, то есть:

Более низкий коэффициент нулевого порядка полезен для улучшения использования энергии оптического пути и уменьшения воздействия рассеянного света на задний оптический путь. В производственном процессе его можно контролировать косвенно, строго контролируя точность и однородность величины замедления, чтобы гарантировать, что величина замедления как можно ближе к λ/2 на рабочей длине волны.

При реальных испытаниях свет с круговой поляризацией часто получается с помощью поляризатора и волновой пластинки с длиной волны λ/4 в качестве падающего света. Полная мощность выходного луча I измеряется в точке A вблизи фокальной плоскости плоскоконусной линзы. Кольцевое пятно заметно в дальней зоне. Мощность пятна нулевого порядка I измеряется

Рисунок 8. Принципиальная схема измерения пропорции нулевого порядка пластинчато-конусной линзы.

6. Порог повреждения

Учитывая сильные характеристики поглощения коротковолновых волн материалами LCP, чем больше рабочая длина волны плоскоконусной линзы, тем выше будет ее порог повреждения. После фактического измерения эталонное значение порога повреждения плоскоконусной линзы LBTEK составляет:

• 2 Дж/см^2 при 532 нм, 10 нс, 10 Гц;
• 10 Дж/см^2 при 1064 нм, 10 нс, 10 Гц.