衍射光学元件选型指南
衍射光学元件选型指南

衍射光学元件(Diffractive Optical Element, DOE)是一种基于光的衍射原理设计的光学器件,通过精密加工的微纳结构来调控光波的相位、振幅或偏振态,从而实现光束分束、整形、聚焦或特定波前调制等功能。与传统的折射光学元件不同,DOE利用表面或内部的周期性微结构(如闪耀光栅、菲涅尔波带片等)在波长尺度上控制光的行为,具有轻薄、高设计自由度、多功能集成等优势。其广泛应用于激光加工、光束匀化、全息显示、光学传感及AR/VR等领域,是现代微纳光学和集成光学系统中的关键组件。

螺旋相位板

LETO系列螺旋相位板基于熔融石英玻璃基底,连续面型,半导体加工工艺制作,是产生涡旋光束的重点器件。螺旋相位板(VPP,Vortex Phase Plate)是一种新型的衍射光学元件,可以产生具备涡旋的特殊光场。入射平面波穿过VPP后产生的涡旋光束是一种具有相位奇点、螺旋型波前和确定轨道角动量的特殊光场,在束缚微小粒子、量子信息传输、光梯度力研究等众多领域有着广泛应用。UPOLabs可为客户提供不同波长、不同规格尺寸的螺旋相位板。默认基于石英玻璃材质,采用连续面型基于高斯基模设计加工。

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采购须知

典型产品参数示例

入射光参数

波长

532、632、808、1064nm等波长可定制

模式

高斯基模TEM00

出射光参数

拓扑荷数

1、2(如需定制其他拓扑荷数请联系技术顾问)

透过率

>92%

衍射效率

>90%

>98%

 

 

 

元件参数

材料

石英、硅、碳化硅等

器件尺寸

6*6、11*11mm

有效区域

>5*5、10*10mm

厚度

1mm

结构面型

连续

深度误差

±30nm

膜系

未镀膜

C: AR Coating

*标准产品采用直径25.4mm铝合金托架安装,适配标准调整架。性能参数如此表所示,选购时请注意上述参数信息是否能满足您的课题需求,型号代码说明:LETO-波长-尺寸规格-拓扑荷-C代表镀膜。

定制螺旋相位板

UPOLabs承接客制化螺旋相位板、随机相位片DOE加工需求,根据用户需求定制特殊波长、特殊尺寸和材料的螺旋相位板。波长从390~2000nm,基于石英玻璃、硅、碳化硅等材料基底,采用半导体刻蚀工艺,工艺精度可达50nm以内。

定制说明:默认石英玻璃材质,如果需要特殊基底材料,请特殊说明;加工周期4~8周,标准品可现货供应;拓扑荷数可选。

相位分布图

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定制螺旋相位板服务

UPOLabs承接客制化螺旋相位板、随机相位片DOE加工需求,根据用户需求定制特殊波长、特殊尺寸和材料的螺旋相位板。波长从390~2000nm,基于石英玻璃、硅、碳化硅等材料基底,采用半导体刻蚀工艺,工艺精度可达50nm以内。

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激光分束器

激光分束器是典型的衍射光学元件,它通过衍射作用将一束入射激光分成光强均匀分布的多束激光出射,在诸多光学领域有着重要的应用。在激光加工领域,激光分束DOE不仅要满足高衍射效率、高均匀性的要求,还要能够实现大角度分束。UPOLabs自身基于SLM相位研究平台,融合了国内资深衍射元件设计团队和半导体刻蚀加工服务商一起,将加工工艺和设计计算整合成闭环的链式技术服务,为广大科研客户和工业客户提供各类分束器件。

基本原理

激光分束器是一种典型的衍射光学元件,它通过衍射的作用将一束入射激光分成光强均匀分布的多束激光出射。特殊情况下,激光分束DOE不仅要满足高衍射效率、高均匀性的要求,还要能够实现大角度分束。
根据衍射光学的理论,要增大衍射角度,就必须减小分束DOE的周期。DOE周期下降也会导致近似精度下降特别是标量衍射理论方法计算时,这种影响显著,因此必须引入矢量设计方法。同时,DOE周期下降所带来加工工艺的要求急剧增加,如果不能将加工设备限制条件和加工误差考虑到设计计算过程中,将会带来衍射效率低下、分束不均匀、零级多大等系列问题,良品率极低。

实际大规模应用中多数采用二值相位型DOE,利用光刻工艺制作母版,然后采用UV转印、纳米压印等系列工艺进行大规模生产,这种方式成本低,但精度差,一般用于消费级产品中。

高精度工业级应用一般采用多台阶相位型DOE,可以实现大角度激光分束。多台阶DOE是一种周期性的二元光学元件,每个周期由多个相位单元组成,这些相位单元形成了台阶状分布,这种设计方法在30度分束衍射角内的应用中,不均匀性精度可以控制到5%以内,且对加工误差要求具有较大兼容度。这种模式必须采用半导体刻蚀工艺,由专门的半导体芯片晶圆加工厂家生产,超大批量制作时单价便宜,但小规模制作时成本非常高。

应用场景

小角度分束<15°内的3~9点通常应用到高功率激光加工领域,划线切开、打孔等应用场景较为广泛,要求衍射效率高,镀膜后能实现90%以上能量效率,不均匀性<5%;

大角度分束<50°的应用通常应用到特定场景,目前主要用于多线激光器领域,作为机器视觉光源的核心部件。

采购指南

激光器分束器件的价格和加工周期与用户需求密切相关,请务必明确指标参数,如果不清楚具体参数,可以描述应用场景由我们技术人员给予指导明确。也敬请广大客户明确理解我们的态度:不支持“国产必须便宜!”这种观念,同等品质体系下,请尊重产品价值!只认产品性能价值,不讨论“出身问题”!

分束器

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指示PATERN器件

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多台阶图案DOE母版定制

基于DOE的帧格动画可以用于景观灯、舞台效果灯等激光应用,基于树脂类光栅图案的DOE元件制作离不开光刻母板。基于二台阶光刻技术的图案光栅母板是UV转印、纳米压印大规模制造图案光栅的必需基础。UPOLabs可为广大激光器厂家提供图案母板设计、加工。

定制说明

1. 提供图案设计稿,或动画帧

2. 提供波长、光源参数信息、发散角、帧格数量、工作距离、图案大小等参数

3. 中央零级位置或遮挡设计方案,明确能量效率

4. 将上述信息确认为产品规格书,签订合同,预付款

5. 4~6周为标准加工周期,默认8*8mm规格尺寸

客户拿到成品后即可验证母板性能,然后安排拼版复制、进入批量规模化生产。

动画案例

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