Схема применения сборки вихревой волновой пластины LBTEK

① Крепление для регулировки смещения XY коаксиальной системы 30 мм  TXY1 ×1

② Вихревая волновая пластина ВР1-532 ×1

 

LBTEK Вихревая волновая пластина – пример применения

1. Лазерная обработка:

Специальное сфокусированное световое поле, образованное радиально поляризованным светом, обладает особыми свойствами, такими как сильное проникновение и высокая концентрированная интенсивность света.В сочетании с уникальной пространственной структурой радиально поляризованный свет может использоваться в сценах, требующих высоких характеристик поляризации, таких как обработка металлов. Эффективность примерно в 2 раза выше, чем у света с круговой поляризацией. Сфокусированное световое поле углово поляризованного света может иметь более высокое отношение ширины к глубине, чем другие распределения поляризации, и может использоваться для обработки микроотверстий с высокими требованиями к отношению ширины к глубине; кроме того, при использовании углово поляризованного света может эффективно увеличить длину сверхбыстрой лазерной нити, тем самым улучшая производительность и эффективность прецизионной лазерной обработки.Он имеет очевидные преимущества при резке стекла, обработке полупроводников, прецизионном лазерном сверлении и т. д.

Рисунок 1. Сравнение глубины обработки радиально поляризованного света и света с угловой поляризацией.

2. Система оптических пинцетов:

В луче LG каждый фотон имеет орбитальный угловой момент, который может быть передан освещенной частице, чтобы вызвать вращение конкретной частицы. Используя взаимодействие между световыми лучами с угловым моментом и атомами, микронами или наночастицами и биологическими макромолекулами, эти частицы можно захватывать или вращать для достижения функции так называемого «оптического пинцета» или «оптического ключа».

Рисунок 2. Система оптических пинцетов LBTEK на основе вихревой волновой пластины.

3. Система визуализации микроскопии сверхвысокого разрешения.

Как луч с центральной особой точкой, луч LG может использоваться в системах визуализации микроскопии сверхвысокого разрешения (STED). Как показано на рисунке, источником возбуждающего света является гауссовский луч в режиме TEM00, а источником возбуждающего света подавления является луч LG.Компонентами, обозначенными как VPP, могут быть вихревые волновые пластины, спиральные фазовые пластины, пространственные модуляторы света и т. д. Когда возбуждающий луч и подавляющий возбуждающий луч фокусируются на поверхности изображения с помощью объектива одновременно, длина волны флуоресценции, возбуждаемой центральной областью, освещенной только источником возбуждающего света, равна λ 1 _, в то время как флуоресценция возбуждается кольцевая область, одновременно освещаемая возбуждающим лучом и подавляющим возбуждающим лучом. Длина волны равна λ ₂ . Согласно принципу предела оптической дифракции, пятно источника возбуждающего света и размер луча подавляющего лазера соответствуют пределу дифракции, поэтому площадь центра флуоресценции с возбуждаемой длиной волны λ ₁ меньше предела оптической дифракции. В соответствии с конфокальной оптической структурой объектив одновременно собирает два луча возбуждающей флуоресценции. Добавление узкополосного фильтра перед детектором APD может гарантировать, что будет отображаться только флуоресценция с длиной волны λ _{2 .} В результате точность изображения этого микроскопа превышает дифракционный предел обычных оптических микроскопов.

Рисунок 3. Принципиальная схема системы визуализации микроскопии сверхвысокого разрешения.

Цитата: Фортенберри, Рэнс и др. «Тонкопленочные оптические фильтры для приложений фазового контроля»,  PHOTONICS SPECTRA  49.12 (2015): 47-50.

4. Другие направления применения

Луч LG можно использовать в качестве носителя ОАМ (орбитального углового момента света), поэтому его можно применять в областях, связанных с ОАМ, включая оптические манипуляции, нелинейную оптику, оптическую связь, обработку материалов, визуализацию и т. д.; чистота луча LG. В процессе распространения сложное распределение амплитуды может быть восстановлено за счет формирования линзы, он имеет два квантовых числа в угловом и радиальном направлениях, имеет наилучшую добротность луча и может поддерживать хорошее кольцевое распределение интенсивности света во время Эти преимущества делают LG Режим может применяться в области точных измерений и обнаружения, режим LG высокого порядка может эффективно уменьшить тепловое воздействие мощного лазера на линзу.Для лучей LG с одинаковой перетяжкой луча w ₀ и та же энергия, световое пятно того же сечения _{Диаметр} Генерируемый тепловой шум также меньше Эта характеристика луча LG может быть применена к системе LIGO устройства обнаружения гравитационных волн; индекс Также было доказано, что луч LG обладает квантовыми свойствами, поэтому в области квантовой информации луч LG высокой чистоты может улучшить смешивание радиальных и угловых квантовых корреляций.

LBTEK Вихревая волновая пластина – Техническое описание

I. Обзор

Вихревой замедлитель (VR) LBTEK изготовлен из стеклянной подложки N-BK7 и материалов жидкокристаллических полимеров (LCP), имеет сэндвич-структуру и устанавливается в стандартный тубус линзы SM1. В слое LCP ориентация быстрой оси молекул жидкого кристалла постоянна вдоль радиального направления подложки и непрерывно градиентна вдоль углового направления подложки. Он имеет одинаковое запаздывание λ/2 по всей плоскости устройства и является устройством с одной длиной волны.

Вихревая волновая пластина обладает оптическими свойствами, зависящими от поляризации. В зависимости от состояния поляризации падающего луча ее можно использовать для генерации векторно-поляризованного луча или вихревого луча со спиральным фазовым волновым фронтом. Она может преобразовывать гауссов пучок моды TEM00 в распределение интенсивности в форме центрального отверстия .

По сравнению с традиционными методами управления световым полем, вихревые волновые пластины обладают преимуществами высокой эффективности, стабильности, простоты эксплуатации и специфических функций; их характеристики истинного нулевого порядка также помогают достичь более низкой чувствительности к длине волны, более высокой температурной стабильности и большего диапазона углов падения. . Вихревые волновые пластины имеют хорошие перспективы применения в различных областях применения, таких как лазерная обработка, манипулирование и захват частиц, оптическая связь и системы визуализации микроскопии сверхвысокого разрешения.

2. Структура внешнего вида

1. Внешний вид продукта

Вихревая волновая пластина 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». и устанавливается на стандартный тубус СМ1-8А . На тубусе линзы SM1 указано название и модель продукта, а четыре выгравированные линии используются для обозначения центральной точки вихревой волновой пластины. В то же время точка используется для обозначения направления быстрой оси 0 °. (соответствует тому, где он расположен).Быстрая ориентация молекул жидкого кристалла с радиально-параллельными положениями ограничена стандартными моделями с m≤8), что позволяет пользователям быстро различать параметры продукта и отлаживать компоненты в оптической системе.

Рисунок 1. Структура вихрево-волновой пластины LBTEK.

2. Быстрая ориентация оси

В слое LCP вихревой волновой пластины ориентация быстрой оси молекул жидкого кристалла постоянна вдоль радиального направления подложки и непрерывно градиента вдоль углового направления подложки.

Среди них m - порядок пластины вихревых волн, Φ - направление быстрой оси в определенном положении на пластине вихревых волн, φ - угол между радиальным направлением и линией нулевого градуса в определенном положении и θ — направление быстрой оси на линии нулевого градуса.

Рис. 2. Пример ориентации быстрой оси вихревой волновой пластины, m=1, 2, 4, 8

3. Оптические свойства

1. Характеристики фазовой модуляции, зависящие от поляризации.

• Когда падающий свет представляет собой линейно поляризованный свет, вихревая волновая пластинка может генерировать векторно поляризованный луч, то есть направление поляризации каждой точки на поперечном сечении луча выглядит как неравномерно распределенный линейно поляризованный луч. При использовании пластины вихревой волны m=1 возникают две особые ситуации: если направление поляризации падающего поляризованного света параллельно быстрой оси 0° пластины вихревой волны m=1, то выходящий луч представляет собой радиально поляризованный луч. луч, то есть направление линейной поляризации каждой точки поперечного сечения пучка параллельно радиальному направлению, если направление поляризации падающего поляризованного света перпендикулярно быстрой оси 0° вихревой волны m=1. пластину, то выходящий луч представляет собой луч с угловой поляризацией, т. е. направление линейной поляризации каждой точки поперечного сечения луча перпендикулярно радиальному направлению.

Рис. 3. Принципиальная схема генерации радиального и углового поляризованного луча.

• Когда падающий свет представляет собой свет с круговой поляризацией, вихревая волновая пластинка может генерировать вихревой луч со спиральным фазовым волновым фронтом, а состояние круговой поляризации исходящего вихревого луча противоположно состоянию падающего света, то есть когда падающий свет является левосторонним светом с круговой поляризацией, вихревая волновая пластина может создавать вихревой луч с правой круговой поляризацией l = m; когда падающий свет является светом с правой круговой поляризацией, вихревая волновая пластина может создавать l = -m левый свет. вихревой пучок с круговой поляризацией.

Рис. 4. Схема генерации вихревого пучка.

2. Характеристики преобразования распределения энергии луча

Вихревая волновая пластина LBTEK может преобразовывать падающий гауссов пучок моды TEM00 в центральное распределение интенсивности в форме отверстия . Для вихревых волновых пластин разных порядков m, чем меньше значение m, тем меньше размер центрального отверстия выходящего пучка; и наоборот, чем больше значение m, тем больше размер центрального отверстия выходящего пучка.

Рис. 5. Сравнение распределения интенсивности исходящего света от m вихревых волновых пластин разных порядков.

4. Описание параметров

1. Заказать м

Порядок m представляет собой топологический заряд. Каждый раз, когда m увеличивается на 1, быстрое изменение оси вихревой волновой пластины увеличивается на 180°. Для вихревых волновых пластин разных порядков m:

• При генерации векторно-поляризованного луча можно получить различные распределения линейной поляризации: каждый раз, когда m увеличивается на 1, изменение направления линейной поляризации векторно-поляризованного луча увеличивается на 360°;
• При генерации вихревого пучка можно получить вихревой свет с l=±m;
• Обращая внимание на распределение энергии выходящего луча, чем меньше порядок выбранной вихревой волновой пластины m, тем меньше размер центрального отверстия луча.

2. Параметры, связанные с задержкой

Вихревая волновая пластина LBTEK, полимерная истинная вихревая полуволновая пластина нулевого порядка, основана на замедлении λ/2 двулучепреломляющего слоя LCP во всей плоскости устройства, то есть оптическом пути обычного света или света и необыкновенного света. e свет.Для достижения этой функции используются дифференциальная модуляция и дифракционные оптические принципы. поэтому:

• Вихревые волновые пластины представляют собой одноволновые устройства с четкой рабочей длиной волны. Когда длина волны падающего света отличается от рабочей длины волны устройства, уровень LCP больше не будет обеспечивать идеальную разность оптического пути λ/2. С точки зрения эффекта выхода, состояние поляризации каждой точки луча будет стремиться от более идеальной линейной поляризации или круговой поляризации к эллиптической поляризации; для луча с распределением интенсивности «типа центральной дырки» контраст между внешней яркое кольцо и полая часть также опадут;
• Чтобы обеспечить ожидаемые характеристики двулучепреломления, мы ограничиваем точность и однородность замедления готовой вихревой волновой пластины в пределах ±5 нм.Например, для вихревой волновой пластины с рабочей длиной волны λ = 532 нм замедление Слой LCP соответствует стандарту 266±5 нм. Для вихревых волновых пластин с m=1 и 2 можно обеспечить эффективность их преобразования ≥99,5% (отношение энергии пучка Лагерра-Гаусса к полной энергии прошедшего света);
• В условиях ненормального падения эквивалентное замедление вихревой волновой пластины будет в определенной степени отклоняться относительно λ / 2. По сравнению с приклеенной волновой пластинкой нулевого порядка характеристика «истинного нулевого порядка» делает вихревую волновую пластину имеют больший угол падения. Было измерено, что когда угол падения находится в пределах ±20°, вышеупомянутое отклонение находится в пределах допустимого диапазона.

3. Высокая точность оси

Основываясь на чувствительности по быстрой оси некоторых моделей вихревых волновых пластин и простоте использования для клиентов, мы выполнили калибровку по быстрой оси в следующих ситуациях:

• Стандартные и специальные вихревые волновые пластины, где m является нечетным числом, обладают чувствительностью по быстрой оси. Мы отмечаем быструю ось 0 ° точкой на механическом корпусе. Точность центрального угла быстрой оси составляет ± 1 °, а соответствующая точность быстрой оси угла ориентации составляет 0,5 × m °. m - порядок вихревой волновой пластины;
• Для стандарта вихревой волновой пластины m = 2 ориентация быстрой оси молекул жидкого кристалла всегда параллельна радиальному направлению, поэтому он не обладает чувствительностью по быстрой оси. Мы определяем точность его быстрой оси как верхний предел угла между ориентацией быстрой оси молекул жидкого кристалла и радиальным направлением, который составляет ± 1 °;
• Стандартные и специальные вихревые волновые пластины с m≠2 и четным числом не обладают чувствительностью по быстрой оси. Мы по-прежнему отмечаем быструю ось 0° точкой на механическом корпусе. Точность центрального угла быстрой оси составляет ± 1°, а соответствующая точность угла ориентации быстрой оси составляет 0,5×m°. m — порядок вихревой волновой пластины. . .

При m>10 точность угла ориентации быстрой оси увеличивается до 5°, что не имеет большого значения для удобства использования заказчиком. Таким образом, вышеуказанные ограничения по быстрой калибровке оси и точности ограничены моделями пластин с вихревыми волнами с m≤10 (включая стандартные и нестандартные продукты).

4. Смещение центра

Для идеальной вихревой волновой пластины центр изменения ориентации быстрой оси молекул жидкого кристалла должен располагаться в центре круга подложки. Чрезмерное смещение центра будет вредным для выравнивания центра падающего света вихревой волновой пластины. , особенно при одновременном использовании.Когда в системе координат. Поэтому мы ограничиваем смещение центра вихревой волновой пластины точностью до 0,5 мм. Более точную регулировку выравнивания по центру можно выполнить с помощью нашего крепления смещения xy TXY1 .

Что касается выравнивания по центру: когда падающий свет не совмещен с центром вихревой волновой пластины, кольцевое распределение интенсивности излучаемого света будет иметь очевидную асимметрию, которая представляет собой так называемое «серповидное распределение интенсивности», как показано на рисунке. ниже. Наблюдая за интенсивностью распределения излучаемого света и регулируя вихревую волновую пластину в направлении появления «серповидного распределения интенсивности», можно получить лучший эффект выравнивания по центру.

Рисунок 6. Когда падающий свет не совпадает с центром вихревой волновой пластинки, распределение энергии исходящего света (в качестве примера m=1)

5. Размер падающего света

Верхний предел размера падающего света вихревой волновой пластинки ограничен световым отверстием устройства, которое составляет Ø 21,5 мм, нижний предел размера ограничен размером центральной особенности устройства. В соответствии с центральной сингулярностью различных типов вихревых волновых пластин задаем нижний предел размера падающего света. Сделаем следующие предложения:

• 0,05 мм (м<2);
• 0,15 мм (м<8);
• Ø0,3 мм (м≤32);
• 0,5 мм (м>32).

6. Порог повреждения

Учитывая сильные характеристики поглощения коротких волн в материалах LCP, чем больше рабочая длина волны вихревой волновой пластины, тем выше будет ее порог повреждения. Контрольное значение порога повреждения вихревой волновой пластины LBTEK составляет:

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

 

 

Вихревая волновая пластина LBTEK – возможности индивидуальной настройки

Почему стоит выбрать вихревую волновую пластину LBTEK?

По сравнению с пространственным модулятором света (SLM), вихревая волновая пластина LBTEK:

• Плоская структура, легче интегрироваться;
• Преобразование света в свет, эффективная и быстрая, стабильная модуляция;
• Не требует сложного внешнего управления сигналами и вспомогательного оборудования и прост в эксплуатации;
• Он имеет хорошую функциональную специфичность и дешевле для сценариев управления световым полем с особыми потребностями.

По сравнению с традиционными спирально-фазовыми пластинами вихрево-волновые пластины LBTEK:

• Связан с поляризацией, несет информацию о поляризации и может генерировать векторно поляризованные лучи;
• Полимерный материал, свойства истинного нулевого порядка — меньшая чувствительность к длине волны, более высокая температурная стабильность и больший диапазон углов падения.

Как выбрать основные параметры вихревой волновой пластины?

1. Заказать м

Порядок m представляет собой топологический заряд. Каждый раз, когда m увеличивается на 1, быстрое изменение оси вихревой волновой пластины увеличивается на 180°. Для вихревых волновых пластин разных порядков m:

• При генерации векторно-поляризованного луча можно получить различные распределения линейной поляризации: каждый раз, когда m увеличивается на 1, изменение направления линейной поляризации векторно-поляризованного луча увеличивается на 360°;
• При генерации вихревого пучка можно получить вихревой свет с l=±m;
• Обращая внимание на распределение энергии выходящего луча, чем меньше выбранная вихревая волновая пластина порядка m, тем меньше и круглее будет размер и форма центрального отверстия луча, и наоборот.

2. Рабочая длина волны λ

Полимерная истинная вихревая полуволновая пластинка нулевого порядка основана на замедлении λ/2 двулучепреломляющего слоя LCP во всей плоскости устройства, то есть на оптической модуляции разности хода обычного о-света и необыкновенного электронного света, и принцип дифракционной оптики для реализации ее функции.

Таким образом, вихревая волновая пластина представляет собой одноволновое устройство с четкой рабочей длиной волны. Когда длина волны падающего света отличается от рабочей длины волны устройства, уровень LCP больше не будет обеспечивать идеальную разность оптического пути λ/2. С точки зрения эффекта выхода, состояние поляризации каждой точки луча будет стремиться от более идеальной линейной поляризации или круговой поляризации к эллиптической поляризации; для луча с распределением интенсивности «типа центральной дырки» контраст между внешней яркое кольцо и полая часть также отпадут.

Рекомендуется выбирать модель, рабочая длина волны λ которой максимально близка к центральной длине волны источника света.