適合高功率和短脈衝期的光束整形鏡頭

對許多精密的雷射應用而言，將具有高斯輪廓的雷射光束整形為平頂光束或貝索光束至關重要。雖然通常使用折射式光束整形鏡頭光學元件，但反射光束整形器和軸稜鏡可消除傳輸損耗，處理更高功率的雷射，此外還能消除色散，使其成為超快系統的理想選擇。反射光束整型器適用於微材料加工和其他高度精密的雷射應用。超快雷射和其他雷射技術持續演進發展，因此有越來越多系統使用光束整型器以提高效率和精度。

反射式軸稜鏡

穿透式軸稜鏡是錐形光學元件，可在遠場將入射平行光轉換為環形光束輪廓，並在近場特定區域近似貝索光束。在貝索光束區域中，光束傳播時不會繞射和擴展，如圖 2 所示。事實上貝索光束寬度可能小於繞射極限。

離軸反射式軸稜鏡可產生高品質的貝索光束，提供多項效益超越穿透式軸稜鏡。反射式軸稜鏡產生的貝索光束，比穿透式設計更接近理想狀態，並且對高功率雷射具有更高的抵抗力。由於傳播時不必通過光學介質，因此也能消除色散，在超快雷射應用中維持脈衝期。圖 1 顯示以反射式軸稜鏡產生貝索光束的一般示意圖。

圖 1：此離軸反射式軸稜鏡可在特定區域形成非常近似的貝索光束，然後繼續以環形分佈傳播。

反射式軸稜鏡產生的貝索光束具有高度集中的光線，非常適合雷射材料加工，例如在玻璃和其他透明材料中進行的奈米通道鑽孔。1 首先鑽出奈米通道然後施加力量，可使玻璃沿孔破裂，達到最高的玻璃切割效率。孔的尺寸能以高再現性精密控制。如需進一步瞭解軸稜鏡，請造訪深入瞭解軸稜鏡應用說明。

圖 2：以反射式軸稜鏡（上方）形成貝索光束的強度分佈，以及使用貝索光束（下方）在玻璃鑽出的奈米通道，由 Cailabs² 提供。

多平面光線轉換 – 反射式光束整形鏡頭的秘密

多平面光線轉換 (MPLC) 是一種低損耗光束整型程序，其中包含相位板和自由空間傳播。³ MPLC 是多光束系統的理想選擇，因為光束可以同時整形。MPLC 可透過穿透式及反射式組態完成，其中反射式 MPLC 系統可避免傳播通過折射光學元件而產生的色散和吸收。此項技術由位於雷恩的法國深度技術公司 Cailabs 開發。

利用 MPLC 的反射式光束整形器通常配置為多通腔，其中入射雷射光束會在反射相位板和反射鏡之間多次反射，以產生所需的輸出光束輪廓。這些系統受益於高度的模式選擇性和低插入損耗。請觀看以下影片進一步瞭解 MPLC。

由 Cailabs 提供的 MPLC 概述

使用 MPLC 產生平頂光束可提升精度，加強微材料加工等雷射應用的效率。平頂光束可沿著特徵側減少熱效應以提升加工品質，實現平坦邊緣。橫向光束形狀也可量身打造正方形，盡可能減少側邊重疊和材料浪費（圖 3）。⁴ MPLC 系統可接受許多不同的雷射模式，並且可以量身打造以拒絕不需要的模式，降低對不完美輸入光束和長期光束變化的敏感度。反射式光束整形鏡頭的其他效益，包括與檢流計掃描器相容、更高的製造良率、縮短加工時間，以及在飛秒之中無色散。使用 MPLC 的反射式光束整形鏡頭，還可在雷射焊接、標示、表面結構和積層製造等領域提升精度。

圖 3：這些方形特徵是以 CANUNDA-PULSE 反射式雷射光束整形器搭配振幅超快雷射進行微鑽孔而成，其形狀可盡量減少側邊重疊和材料浪費。影像由 Cailabs 提供。

常見問題解答

  為什麼色散對於超快雷射系統很重要？

脈衝期減少時，雷射脈衝的波長光譜會增加，因此超快雷射的短脈衝期會導致頻寬較寬。這樣的寬頻寬會在超快脈衝穿過光學介質（例如顯微鏡物鏡、聲光調變器、窗鏡、鏡頭和濾光片）時，受到色散的嚴重影響。如需更多資訊請參閱此處。

  反射式 Canunda 軸稜鏡可以處理的峰值能量為何？

Canunda 軸稜鏡採用低損耗鍍膜及反射設計，運作時非常適合搭配最高 1mJ 的高能量雷射，即使在飛秒狀態下也沒問題。

  多平面光線轉換 (MPLC) 是否用於材料加工以外的其他應用？

是的，由 Cailabs 開發的 MPLC 也可用於光纖通訊，可在多模光纖系統增加頻寬，不會大幅提升系統複雜度和成本，此外也能過濾大氣擾動及結合雷射，同時維持低發散性，適用於地面至衛星等光學通訊。

  怎麼樣的脈衝期可稱為「超快」雷射？

一般將具有皮秒、飛秒及埃秒脈衝期 (<100ps) 的雷射脈衝視為「超快」。