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Asphericon艾利光束整形器原理介绍,AiryShape使用说明

作者: 时间:2022-03-01

一、Asphericon艾利光束整形器原理介绍

德国Asphericon光束整形系统是由Goodman2005)和Dickey2014)基于衍射理论和傅里叶变换相关的一个已知方法得出的。更确切地说,它假定透镜对输入强度函数进行傅里叶变换,相应的傅里叶对应物发生在其焦平面。为了产生一个聚焦的平顶强度分布,这可以用一个环形函数来描述,相应的输入必须是一个准直的贝塞尔-辛状强度曲线。这一现象的理论背景在文献中被多次讨论过。

相位板有一个二元结构,中心部分增加。光束整形单元的原理布局如下图所示。

根据AiryShape的工作原理,不仅可以在聚焦透镜的焦平面上产生一个平顶分布,还可以在不同的工作距离上产生不同的能量分布,在系统设置中不需要额外的组件。如图所示,沿其传播方向(Z轴)的归一化光束谱段被总结在一张图中。检测范围是束腰位置周围的±1.5毫米。此外,在不同的工作平面上,相应的强度曲线也被显示出来。

如图所示,要得到的光斑尺寸在5um-1mm范围内可使用a|AiryShape,在3.5-22.5mm内可选择a|TopShape

艾利光束整形器的尺寸:

二、AiryShape光束整形器使用说明

由于a|AiryShape的高度灵活性,它可以与准直激光束或光纤耦合光源结合使用。因此,只需要适当的扩束器组合和光纤准直器即可。输出光束直径的可以进行扩束与缩束的,也可以通过聚焦透镜的焦距来改变平顶光束轮廓的大小。因此,几乎可以生成任意尺寸的平顶光斑。

为了节省设备空间,当需要大直径的时候,可以采用以下方法:

由于在焦平面附近生成的Top-Hat光束轮廓的大小取决于透镜的NA,在整形器后添加扩束器有助于减小整形器后面的光束大小。为了保持NA,需要一个焦距较小的聚焦镜头来实现焦平面内相同大小的平顶光束轮廓(如图所示)。

匹配输入和输出光束大小:

三、艾利光束整形器与其他系统的尺寸对比

AiryShape是基于模块化的方法,因此,只有应用中真正需要的元件才被添加到设置中。系统的总长度可以保持得尽可能小。下面的公式可以用来粗略估计平顶光斑的尺寸: d FWHM = 2.44 f *λ­/ D

- D =入射光斑直径

- d = 平顶光斑直径 (FWHM)

例如:波长λ= 632 nm, D = 10 mm, d FWHM = 50um,所需透镜焦距为多少?

­f = d FWHM *D/2.44 *λ=50um*10mm/2.44*632nm=324mm

平顶光斑大小取决于NA。缩小D的大小(例如在AiryShape和聚焦光学器件之间使用一个额外的a|BeamExpander 2.0),焦距可以减少相同的系数(如图所示)。

d FWHM = 2.44 * f *λ­/D=162 mm * 632 nm/5 mm=50um

四、与其他光束调谐元件一起灵活使用

艾利光束整形器AiryShape可以很容易地与其他BeamTuning元件相结合,包括一个完美的光纤耦合解决方案,如图所示。

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