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Top-hat Beam Shaping Element

トップハットビーム整形素子

概要

トップハットビーム整形素子は、高均一性のフラットトップと急峻な境界特性を備えており、スポットサイズと形状は、お客様のご要求に応じてカスタマイズすることができます。

アプリケーション

• レーザ切断
• レーザスクライビング
• レーザ溶接
• 薄膜加工、太陽電池パネル切断、LEDフィラメント加工

製品の取り扱い

典型的なトップハットレーザシステムは、以下に示すように、レーザ光源、フラットトップ整形素子、および集光レンズで構成されています。このような平坦化素子の光は、入射光は、M²が1.3以下のシングルモードレーザが強く求められます。
もし、M²が大きくなってしまうと、平坦部が変動し、スポット均一性の性能が劣化し、急峻な境界特性も劣化しまいます。このような場合は、開口部やコリメータシステムを含む入射レーザに修正を加える必要がでてきます。

ビーム整形器は、ユーザーが希望するような、集光レンズの焦点面近くで平坦域のトップハットビーム形状を達成することができます。平坦域のサイズは、通常、数μmです。

必要パラメーター

お客様は、以下のパラメータを提供する必要があります：

• レーザ波長
• 出力スポットサイズ
• 作動距離（WD:ワーキングディスタンス）
• 出力スポットサイズと形状は、構成部品のパラメータのわずかな変動で、トップハットのビーム効果を大幅に低下させて大きく変化します。

大きなスポットでは、光学素子のフォールトトレランスを向上させるフラットトップのプラトー効果で、簡単に小さいスポットサイズが得られるので、コリメート光源の利用をお勧めしています。
フラットトップ光学素子は、安定したプラトー効果を得るためにコリメート入射光ビームを必要とし、レーザのビームウェストに配置されます。一定の広がり角（1°未満）を持っている場合でも、トップハット形状は所定の位置になります。
DOEは、動作中はビームウェストから一定の距離に配置され、入射ビームスポットサイズと発散角は、入射スポットサイズ素子を実現するために考慮しなければなりません。
プラトー効果を得ることができるにもかかわらず、フラットトップのスポット位置が変化します。要するに、波面の正確な設計品質は、DOEの平坦化効果とDOEを簡単に得ることができます。
以下の式のとおり、提示される設計プロセスのターゲットでのスポットサイズは、回折限界スポットサイズは、非常に重要です。

ここで、
　L：ワーキングディスタンス（WD:作業距離）
　D：入力スポットサイズ

設計の原則

• 回折限界フラットトップスポットサイズよりも小さくすることはできない
• 出力プラトースポットサイズは、通常、1.5倍の回折限界であり、使用される部品の5倍で、光学素子がアライメントされ、光が直角に入射していることを確認する必要がある。