お問い合わせ

技術資料Application Note

技術資料

回折光学素子 (DOE): ビーム整形 DOE の選択方法

レーザ光学系では、回折光学素子 (DOE：diffractive optical elements) はコリメートされたガウス ビームを目的の出力パターンに変換するように設計されています。
ビームシェイパーとビームシェイピングディフューザーは、入射レーザビームを正方形、円形、または線状の小さく均質なトップハットスポットに整形するために一般的に使用される DOE です。 これらには異なる主要なパラメーターがあり、DOE の選択に使用できる一般的なルールがいくつかあります。

DOEの選択

DOE を選択する前に、次の情報と要件を準備する必要があります。

　　? 使用波長
　　? ビーム品質 (M2)
　　? 出力形状プロファイル（円形、長方形、線）
　　? 出力ビームサイズとEFL

最初に考慮すべきことは、希望する画像サイズです。 ビーム整形 DOE は通常、集束光学系を備えたセットアップで使用され、画像サイズは集束光学系の有効焦点距離 (EFL) と DOE の全角の両方によって決まります。

　　　

入射レーザビームの品質も DOE の選択にとって重要です。 M2 が 1.5 未満のレーザの場合は、トップハット ビーム シェイパーを使用できます。 それ以外の場合は、回折ディフューザーが最適な選択です。
ビーム整形器を含む一般的なセットアップは、図 1 に示すように、レーザ、ズーム ビーム エキスパンダー (BXZ)、ビーム整形器要素、走査システム、および処理対象の表面で構成されます。



　　　　　　　　　　図 1. 一般的なビームシェイパーのセットアップ

トップハット ビーム シェイパーの重要なパラメーターと動作要件を以下に示します。

表 1. トップハット ビーム シェイパーの重要なパラメーター

材質 溶融石英、ZnSe、プラスチック
波長範囲 193nm 〜 10.6um
DOEの最小全角 回折限界の1.5倍


表 2. トップハット ビーム シェイパーの動作要件

平行入射ビーム ガウスビーム (TEM00)、M2< 1.5
入力ビーム径 193nm 〜 10.6um
使用波長 固定
光学セットアップ ビーム経路内のすべての開口は、ビーム サイズ (1/e2) の少なくとも 2 倍大きくなければなりません (最適には > 2.5 倍)

ビームディフューザーに基づく一般的なセットアップは、図2に示すように、レーザ、ズームビームエキスパンダー、ビームディフューザー素子、集光システム、および処理対象の表面で構成されます。

　　　　　　　　　　図 2. 一般的なビーム整形ディフューザーのセットアップ



以下にビーム整形ディフューザーの重要なパラメーターと動作要件を以下に示します。

表 3. ビーム整形ディフューザーの重要なパラメーター

入力ビーム シングルまたはマルチモード、M２ > 1.5
入力ビーム径 193nm 〜 10.6um
作動波長 回折限界の1.5倍
光学セットアップ ビーム経路内のすべての開口は、ビーム サイズ (1/e2) の少なくとも 2 倍大きくなければなりません (最適には > 2.5 倍)


表 4. ビーム整形ディフューザーの動作要件

入力ビーム シングルまたはマルチモード、M２> 1.5
入力ビーム径 任意
作動波長 固定
光学セットアップ ビーム経路内のすべての開口は、ビーム サイズ (1/e２) の少なくとも 2 倍大きくなければなりません (最適には > 2.5 倍)