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深圳海納光學有限公司
主營產品： 激光護目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
公司信息
分束器原理及應用手冊
2020-4-1 閱讀(3394)
海納光學專業代理的衍射激光分束器簡稱分束器（Beamsplitter），與其同類的產品還有衍射多線陣列DOE，即得到的是一個1×M的線陣列而不是1×M的點陣列，線陣列的長度可以通過DOE表面的衍射圖樣來設計。衍射激光分束器在眾多工業和研究中使用，其典型的領域有：激光劃片（如太陽能電池或面板中的劃片），激光切割，激光顯示器，香煙過濾嘴，醫學或美容應用（如皮膚護理），3D感應應用中的點Builder，紅外深度探測器，光纖等。
激光分束器的操作原理
準直的入射激光光束經過分束器DOE，輸出光束會以特定的分離角度射出，這個特定的分離角度是根據客戶要求而設計的（如圖1），并且分離角度極其Precise，誤差小于0.03mRad，光束的分離是為遠場設計的，因此隨著光束在通過DOE之后逐漸分離開來，使輸出光束變得更加清晰。
圖1 激光衍射分束器的基本設置
由圖1可以看出，對于具有奇數個輸出光束的分束器，分離角是0階光束和+1階光束之間的角度，0階光束是所需的輸出光束，處于被激活狀態。對于偶數個輸出束的分束器，分離角是+1階光束和-1階光束之間的角度，此時0階光束不是所需的光束，處于未被激活狀態。但是，通過HoloOr設計定制的激光衍射分束器能夠激活或停用任何階次。
帶聚焦鏡的激光衍射分束器
通常，客戶需要在特定距離處生成聚焦良好的光斑。這可以通過在分束器DOE之后添加一個聚焦透鏡輕松實現，該透鏡的后焦距（BFL）確定了到焦平面（加工面）的工作距離（WD），如圖2顯示的是三個光束的例子。
圖2 帶聚焦鏡的激光衍射分束器
因此我們可以選擇合適的聚焦鏡，利用簡單的數學關系有如下等式：
其中D是相鄰兩個階的輸出光束距離，WD是工作距離，α是相鄰兩個階次的輸出光束之間的發散角。
焦平面上的輸出光束光斑直徑有如下公式：
其中L是工作距離，λ是入射激光波長，D是入射激光直徑，M²是入射激光質量因子。
分束器的注意事項與限制
在輸出雙光束的分束器配置中，由于物理限制，功率效率能達到近80％，而兩階蝕刻的多光束（輸出光束數量> 2）配置的功率效率可以達到近85％，而多階蝕刻的衍射分束器則可以達到近95％。剩余功率分配在其他不需要的階次光束中。
只有在衍射圖案的min特征尺寸不是那么小的情況下才值得進行多級蝕刻。如果太小，則制造公差可能會將效率級別降低到接近二進制級別。min特征尺寸是分束器總發散角度和波長的函數。
能量分配可以是輸出的多光束之間能量均勻，也可以是滿足應用要求的光束之間能量不均勻分配。
通常，在項目初始測試階段，用戶可能希望使用設計波長與實際應用波長不*相同的標準產品。在這種情況下，Holo/Or可以為用戶提供實際波長的預期性能，因為對于某一特定型號的分束器，波長改變后不同衍射階次的能量會重新分配。
min輸入光束直徑的大小由DOE規格書的設計參數決定，對于單模激光器，1）奇數個點分束的情況下，其min入射光束直徑的大小至少為DOE中周期數的3倍，2）如果偶數個點的衍射激光分束器，則入射光束至少為該尺寸的1.5倍。反過來，周期由以下公式給出：
其中Λ為DOE的周期，m為衍射階數，λ為入射激光波長，α為m階衍射光束與光軸之間的夾角。
公差范圍
在衍射激光分束器的零階方向，不存在衍射效應，光束只遵循基本的反射和折射定律。
在奇數個輸出光束中，與偶數個輸出光束不同，“零階”是必需輸出光束之一，如圖3所示。在制造過程中產生的公差可能會導致零階強度與理論模擬值稍有不同；同樣，均勻性和效率也會略有不同。對于任何特定的設計，可以根據客戶的要求將期望值提供給客戶。
圖3 零階光束情況
在我們的標準多光束分束器列表中，零階能量將顯示為偶數多光束的輸入光束能量的百分比（假設傳輸效率為），以及奇數多光束的其他所需階能量平均的百分比，如圖4所示。
圖4 零階能量顯示
在圖4中，某些制造誤差后的零階能量在一維光束陣列1×6（左圖）的情況下為輸入光束的1.57％，在一維光束陣列1×7（右圖）的情況下，其他所需階數的平均能量為74.9％。
請注意，對于具有非常大的光束數量（大約光束數量> 400）的元件，零階將顯示為輸入光束功率的百分比，而不是相對于其他階數的百分比。
零件編號（PN）的代碼：我們元件的PN以下列格式構建：AB-000-C-D-E。
字母E（在奇數多點和三重點的情況下）是指示零階的代碼。
選項列表：
A：0-之間的零階
N：50-百分之白之間的零階
L：0-50％之間的零階
X：特定于每個多點的標準零階
S：自定義零序
