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SLB系列微纳光学元件

微纳光学元件又称衍射光学元件,指的是一种在平整基底表面上通过各种方式做制备出微米、纳米级尺度二维结构的光学元件。微纳光学元件以最高的效率将入射光束转变为任意光斑形状。按功能不同,微纳光学元件基本可以分为三类:光束整形器件、分束器、匀光器。 激光直写技术是制作微纳光学元件的主要技术之一。SLB系列微纳光学元件包括DOE匀化器、分束DOE、焦点整形DOE、透镜阵列匀化器、环形整形DOE和折射光学模组等。除了标准产品外,我们还提供参数规格的灵活定制,广泛应用于激光加工、光传感探测、机器视觉、光医疗美容、光信息处我们一站式供应各种类型的一种在平整基底表面上通过各种方式做制备出微米、纳米级尺度二维结构的光学元件,可提供选型、技术指导、安装培训、个性定制等全生命周期、全流程服务,欢迎联系我们的产品经理!

产品经理:程经理

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  • 上架时间: 2023-07-19
  • 所属品牌: 新特光电

光束整形器 DOE

DOE匀化器

DOE匀化器是一种基于衍射光学原理设计的平板光学元件,由液晶聚合物(LCP)薄膜和两片N-BK7窗口片组成。根据已知的入射光参数、透镜焦距以及预期出射光参数,通过点对点映射方式计算得到设计相位,最后利用LCP薄膜引入设计好的几何相位分布实现对高斯(TEM00,M2<1.3)入射光的整形和匀化。DOE匀化器能够实现单模激光的方形、圆形、线形等任意几何形状的非准直匀化效果。由于其具有高均匀度、高透过率、高损伤阈值、边界锐利等优点,在激光医美、激光加工、表面处理等多种场景中具有很大的应用前景,如激光焊接、激光打标、激光切割、皮肤美容和激光治疗等。能够带来更高的能量利用率、更好的加工质量、更高的加工精度、更灵活可控的加工尺度调节。除了标准产品外,我们还提供参数规格的灵活定制,如需紫外/高功率匀化DOE,请联系我们。

DOE匀化器

方型DOE匀化器(左),圆型DOE匀化器(中)和一字线型DOE匀化器(右)

DOE匀化器

产品特点

  • 平板结构,体积小,易集
  • 透射型匀化,能量利用率高
  • 连续型相位,衍射效率高,匀化效果好
  • 定制灵活,匀化光斑尺寸可调
  • 适合高质量单模激光的非准直匀化

标准产品型号

产品型号 匀化类型 工作波长/nm 入射光斑直径/mm 有效透镜焦/mm 出射光斑尺寸/μm
SLB-DOE25-532-6-FTS50 方形平顶 532 6 100 50x50
SLB-DOE25-532-6-FTS200 方形平顶 532 6 100 200x200
SLB-DOE25-532-7-FTS30 方形平顶 532 7 100 30.3x30.3
SLB-DOE25-532-7-FTS76 方形平顶 532 7 100 75.76x75.76
SLB-DOE25-1064-6-FTS80 方形平顶 1064 6 100 80x80
SLB-DOE25-1064-6-FTS200 方形平顶 1064 6 100 200x200
SLB-DOE25-1064-7-FTS30 方形平顶 1064 7 100 30.3x30.3
SLB-DOE25-1064-7-FTS76 方形平顶 1064 7 100 75.76x75.76
SLB-DOE25-532-6-FTC50 圆形平顶 532 6 100 Ø50
SLB-DOE25-532-6-FTC200 圆形平顶 532 6 100 Ø200
SLB-DOE25-1064-6-FTC80 圆形平顶 1064 6 100 Ø80
SLB-DOE25-1064-6-FTC200 圆形平顶 1064 6 100 Ø200
SLB-DOE25-532-6-FTL250 线形平顶 532 6 100 250
SLB-DOE25-532-6-FTL1000 线形平顶 532 6 100 1000
SLB-DOE25-1064-6-FTL250 线形平顶 1064 6 100 250
SLB-DOE25-1064-6-FTL1000 线形平顶 1064 6 100 1000

性能参数

产品类型 标准产品 定制
工作波长 532 nm,1064 nm 400-1700 nm
元件尺寸及安装方式 Ø25.4x3.2mm,单侧切边,兼容1英寸光学元件安装架
入射光斑质量要求 TEM00,M²<1.3
入射光斑偏振态要求 均匀偏振态
入射光斑尺寸 Ø6 mm, Ø7 mm 建议<通光孔径的一半
通光孔径 15×15 mm, Ø15 mm
出射光斑形状 方形,圆形,线形 任意几何形状
出射光斑尺寸 >1.5 DL (衍射极限),随搭配聚焦透镜可调
出射光斑不均匀性 <5% <10%,最低可做到<5%
传输区域宽度 >0.5 DL (衍射极限)
透过率 >98% >85%@400-450 nm
>96%@450-1700 nm
反射率 Ravg <0.5% (0°入射角)
衍射效率 >95% 定制
  • 出射光斑尺寸:光斑归一化能量分布的半高宽尺寸
  • 出射光斑不均匀性:光斑归一化能量分布90%以上区域的能量均方根误差
  • 传输区域宽度:边缘区域在归一化能量13.5%-90%区间内对应的宽度
  • 衍射效率:光斑归一化能量分布90%以上区域的能量占所有出射光能量之比

性能曲线

DOE匀化器性能曲线

匀化DOE应用光路搭设示例

匀化DOE应用光路搭设示例

分束DOE

分束DOE常由基于像素点的周期性相位设计或光栅级联两种方案的单独作用或结合使用,实现一维或二 维、奇数或偶数分束效果。我们提供的分束DOE分为级联光栅分束器和液晶分束器,其中级联光栅分束器(Multilayer Grating Beam Splitter,MLGS)采用N-BK7玻璃基底和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,由三层1英寸双切边衬底涂敷具备光栅和波片结构的LCP层组成,为单波长器件。当入射光为线偏振光时,根据各级光栅栅线的相对位置关系为平行或垂直,级联光栅分束器能够实现一维或二维的四分束功能,且得到的各束光为旋向不同的圆偏振光,其分束角与各级光栅周期相关。级联光栅具有较高的透过率,通过更优的相位设计和精确的延迟量控制,使其具有比典型达曼光栅分束器更高的分束效率和分束均匀性,且能保证较高的分束角精度。我们的液晶分束(Liquid Crystal Beam Splitter,LCBS)DOE采用N-BK7玻璃基底和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,呈现为典型的三明治平片结构,为单波长器件。液晶分束DOE的相位结构根据预期的分束模式、分束光斑间隔或光束分离角度等需求,基于衍射光学原理进行设计,通过对相应衍射级次的能量进行分配来实现预期分束效果。与级联光栅分束器相比,分束DOE对入射光偏振态无要求,且可实现奇数分束;与达曼光栅分束器相比,分束DOE衍射效率及分束光斑均匀性更优;与传统刻蚀DOE相比,液晶分束DOE更易实现多阶数相位变化,从而达到更高的衍射效率,工艺难度也明显降低。因此,基于液晶分束DOE高衍射效率、高分束均匀性、高分离角精度、低无效衍射级次噪声影响、工艺简单等优点,其可用于并行激光加工、光传感探测、光医疗美容等众多应用方向中,以提升加工效率和一致性。

级联光栅分束器和液晶分束器

我们提供的标准分束DOE工作波长λ为532nm和1064nm,其中级联光栅分束器分束模式为1×4和2×2可选,液晶分束DOE分束模式有1×3、1×9和2×3可选,除现有标准产品外,另提供各项参数规格的灵活定制,以方便用户在不同应用场景下的多样化需求。

1×4、2×2级联光栅分束器中一级、二级光栅在线偏振光下形貌

1×4、2×2级联光栅分束器中一级、二级光栅在线偏振光下形貌 (左)和1×3、1×9、2×3二维液晶分束DOE相位图(右)

产品特点

  • 平板结构,体积小,易集成
  • 透射式元件,能量利用率高
  • 连续型相位,衍射效率高,分束均匀性好
  • 定制灵活,分束角精度高,分束角可调
  • 适用于多种类型光源的分束

标准产品型号

产品型号 分束模式 工作波长/nm 通光孔径/mm 分束角/°
SLB-MLGS25-1402-532 1x4 532 Ø20 2
SLB-MLGS25-1404-1064 1x4 1064 Ø20 4
SLB-MLGS25-2202-532 2x2 532 Ø20 2
SLB-MLGS25-2204-1064 2x2 1064 Ø20 4
SLB-LCBS25-532-0109-000015 1×3 532 Ø21.5 0.5
SLB-LCBS25-532-0109-000015 1x9 532 Ø21.5 0.15
SLB-LCBS25-1064-0103-000100 1×3 1064 Ø21.5 1
SLB-LCBS25-1064-0109-000030 1x9 1064 Ø21.5 0.3
SLB-LCBS25-532-0203-025015 2x3 532 Ø21.5 0.25×0.15
SLB-LCBS25-1064-0203-050030 2x3 1064 Ø21.5 0.5×0.3

性能参数

产品类型 标准产品 定制
工作波长 532 nm,1064 nm 400-1700 nm
元件尺寸及安装方式 Ø25.4x2.7 mm,无切边/双侧切边 兼容1英寸光学元件安装架
入射光斑质量要求
入射光斑偏振态要求 依据产品具体实现方案确定
入射光斑尺寸 <通光孔径的一半(建议)
通光孔径 Ø20 mm,Ø21.5 mm
分束模式 详见上表 1xm,mxn
分束均匀性 > 90% >90%,最大可做到>97%
分束角 详见上表 随搭配聚焦透镜可调
透过率 > 96% >85 %@400-450nm,
>96 %@450-1700 nm
反射率 Ravg <0.5% (0°入射角)
衍射效率 >97%
  • 分束均匀性:对于分束得到的各光斑能量,均匀性定义为(1-极差/极和)×100 %
  • 衍射效率:分束得到的有效级次能量占所有出射光能量之比
  • 分束角:对于不同的分束方案有不同的定义

性能曲线

分束DOE性能曲线

分束DOE应用光路搭设示例

分束DOE应用光路搭设示例

焦点整形DOE

焦点整形DOE可调制z方向上的光束能量分布,具体又分为长焦深整形和多焦点整形两种效果。常用于激光加工中的切割应用,以得到更平整的切割断面,更好的切割质量。我们提供长焦深和多焦点两种焦点整形DOE,其中长焦深DOE为平板锥透镜(PB Axicon,PBA),是基于N-BK7玻璃基底和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,呈现为“前后玻璃衬底,中间LCP功能膜层”的三明治结构。在LCP层中,液晶分子的快轴取向沿基片径向呈等周期渐变分布,其在整个器件平面上具有相同的λ/2延迟量,为单波长器件。平板锥透镜具有偏振相关的光学特性,根据入射光束偏振态的不同,可用于实现光束环形会聚或发散;当入射光为左旋圆偏振光时,还可同时用于生成具有无衍射特性、自恢复特性的贝塞尔光束。相较于传统的锥透镜,我们的平板锥透镜为平板结构,无立体锥尖,更易集成;同时其锥尖部分的结构成型依赖于液晶分子的取向变化,可以达到微米级的加工精度;另外还具备大色散的特点。

多焦点(Multi Focal,MF)DOE也采用N-BK7玻璃基底和液晶聚合物材料制成,由两层1 英寸玻璃衬底和单层带有设计相位的LCP层组成,为单波长器件。多焦点DOE是一种用于焦点整形的衍射光学元件,可实现入射光在轴向上聚焦为固定个数、相等间距、能量均匀的焦点,其利用光的衍射原理来设计相位,并通过光控取向使液晶聚合物薄膜形成设计好的相位结构,从而实现对入射光的相位调制,使光分散在不同的衍射级次,最后利用聚焦透镜使各个级次聚焦从而形成多个焦点。因此,多焦点DOE一般与物镜搭配使用,以方便实现一般应用情境下的多焦点需求。多焦点DOE主要应用于激光深度切割,如透明玻璃、蓝宝石等的切割,相比于传统激光切割,其可以利用轴向多个均匀排布的焦点对材料进行深度切割,从而达到较为理想的平整切面。

焦点整形DOE

我们提供工作波长为532nm、633nm、1064nm,偏转角(半角)为0.5 °、1 °、2.0 °、2.3 °、4.7 °的1英寸标准平板锥透镜, 提供工作波长为1064 nm,焦点个数为3 个和5 个的标准多焦点DOE,除了标准产品外我们,同时支持参数规格的灵活定制,以方便用户在不同应用场景下的多样化需求。

产品特点

  • 平板结构,体积小,易集成
  • 透射式元件,能量利用率高
  • 衍射锥镜“锥尖”精度高,衍射效率高,焦深可选
  • 多焦点DOE定制灵活,焦点个数、间距和能量分布可调
  • 适合高质量单模激光

标准产品型号

产品型号 焦点整形类型 工作波长/nm 通光孔径/mm 偏转角/° 焦点个数 焦点间距/μm
SLB-PBA25-532-05 长焦深 532 Ø20 0.5
SLB-PBA25-532-10 长焦深 532 Ø20 1
SLB-PBA25-532-23 长焦深 532 Ø20 2.3
SLB-PBA25-532-47 长焦深 532 Ø20 4.7
SLB-PBA25-633-05 长焦深 633 Ø20 0.5
SLB-PBA25-633-10 长焦深 633 Ø20 1
SLB-PBA25-633-23 长焦深 633 Ø20 2.3
SLB-PBA25-633-47 长焦深 633 Ø20 4.7
SLB-PBA25-1064-05 长焦深 1064 Ø20 0.5
SLB-PBA25-1064-10 长焦深 1064 Ø20 1
SLB-PBA25-1064-23 长焦深 1064 Ø20 2.3
SLB-PBA25-1064-47 长焦深 1064 Ø20 4.7
SLB-LCMF25-1064-F5-3-15 多焦点 1064 Ø7.5 3 15
SLB-LCMF25-1064-F4-3-4 多焦点 1064 Ø5.5 3 4
SLB-LCMF25-1064-F5-5-15 多焦点 1064 Ø7.5 5 15
SLB-LCMF25-1064-F4-5-24 多焦点 1064 Ø5.5 5 24

性能参数

产品类型 标品-长焦深 定制-长焦深 标品-多焦点 定制-多焦点
工作波长 532,633,1064nm 400-1700nm 1064nm 400-1700nm
元件尺寸及安装方式 Ø25.4x3.2mm,兼容1英寸光学元件安装架 3-160 mm(边长或直径规格) Ø25.4x3.2 mm,兼容1英寸光学元件安装架 3-50.8 mm(边长或直径规格)
入射光斑质量要求 TEM00,M²<1.3 圆偏振光(建议)
入射光斑偏振态要求 左旋圆偏振光
入射光斑尺寸 <通光孔径的一半(建议)
通光孔径 Ø20mm ≤基片内接圆直径x90% Ø5.5mm, Ø7.5mm ≤10mm
焦点个数 3 mm,5 mm
焦点间距 4μm,15μm,24μm
焦点能量分布 等比例
焦点能量均匀度 >95%
偏转角 0.5°,1.0°,2.3°,4.7° 0.2°-70°
透过率 >97% >85%@400-450nm
>96%@450-1700nm
>98% >85%@400-450nm
>96%@450-1700nm
反射率 Ravg <0.5%(0°入射角)
衍射效率 >85%
零级占比 <4%
  • 偏转角:准直光束入射后得到的出射光束会聚或发散角的半角
  • 焦点能量均匀度:对于多焦点整形得到的各焦点能量,均匀性定义为(1-极差/极和)×100 %
  • 零级占比:长焦深整形得到的零级光斑能量占所有出射光能量之比

性能曲线

焦点整形DOE性能曲线

焦点整形DOE应用光路搭设示例

焦点整形DOE应用光路搭设示例

环形整形DOE

环形整形DOE基于其不同相位,可以实现不同类型的环形整形效果,如涡旋波片产生的涡旋光、衍射锥镜 产生的远场环形光等。其中,涡旋光常用于光镊、超分辨显微、光刻等多种应用;远场环形光则常用于原子陷俘、角 膜手术、激光钻孔等多种应用。

涡旋波片(Vortex Retarder,VR)是基于N-BK7玻璃基底和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构,安装于标准SM1透镜套筒中。在LCP层中,液晶分子的快轴取向沿基片径向一致,沿基片角向连续渐变。其在整个器件平面上具有相同的 λ/2延迟量,为单波长器件。涡旋波片具有偏振相关的光学特性,根据入射光束偏振态的不同,可用于生成矢量偏振光束或具备螺旋相位波前的涡旋光束,可将TEM00模高斯光束转换为“空心孔型”的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)强度分布(以上光学特性详见技术说明)。相较于传统的光场调控方式,涡旋波片具有高效稳定、操作简易、功能专一的优势;其真零级特点也帮助实现了较低的波长敏感性、较高的温度稳定性和较大的入射角范围。

平板锥透镜(PB Axicon,PBA),是基于N-BK7玻璃基底和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,呈现为“前后玻璃衬底,中间LCP功能膜层”的三明治结构。在LCP层中,液晶分子的快轴取向沿基片径向呈等周期渐变分布,其在整个器件平面上具有相同的λ/2延迟量,为单波长器件。平板锥透镜具有偏振相关的光学特性,根据入射光束偏振态的不同,可用于实现光束环形会聚或发散;当入射光为左旋圆偏振光时,还可同时用于生成具有无衍射特性、自恢复特性的贝塞尔光束。相较于传统的锥透镜,我们的平板锥透镜为平板结构,无立体锥尖,更易集成;同时其锥尖部分的结构成型依赖于液晶分子的取向变化,可以达到微米级的加工精度;另外还具备大色散的特点。

环形整形DOE

我们提供的标准涡旋波片工作波长在405~1550 nm 之间,阶数m为1~128,标准1英寸平板锥透镜工作波长为532nm、633nm、1064nm,偏转角(半角)为0.5 °、1 °、2.0 °、2.3 °、4.7 °,除了标准产品外我们,同时支持参数规格的灵活定制,以方便用户在不同应用场景下的多样化需求。

产品特点

  • 平板结构,体积小,易集成
  • 透射式元件,能量利用率高
  • 涡旋光场调控过程操作简易、转换效率高
  • 衍射锥镜“锥尖”精度高,衍射效率高,环宽及直径可调
  • 适合高质量单模激光

标准产品型号

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产品型号 环形整形类型 工作波长/nm 通光孔径/mm 偏转角/° 阶数m
SLB-VR1-532 涡旋光场 532 Ø21.5 1
SLB-VR1-633 涡旋光场 633 Ø21.5 1
SLB-VR1-1064 涡旋光场 1064 Ø21.5 1
SLB-VR2-532 涡旋光场 532 Ø21.5 2
SLB-VR2-633 涡旋光场 633 Ø21.5 2
SLB-VR2-1064 涡旋光场 1064 Ø21.5 2
SLB-VR4-532 涡旋光场 532 Ø21.5 4
SLB-VR8-532 涡旋光场 532 Ø21.5 8
SLB-VR16-532 涡旋光场 532 Ø21.5 16
SLB-VR32-532 涡旋光场 532 Ø21.5 32
SLB-VR64-532 涡旋光场 532 Ø21.5

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