均质器的工作原理( 二 )


扩散器——可使任何准直输入光束转换为具有强度均匀的输出光束扩散器又名均匀化器/光学漫射器衍射光学元件(DOE):允许将单模或多模输入光束转换成明确定义的输出光束,即具有想要的任意形状以及均匀的强度分布 。
扩散器是一种可以漫射光的装置,即本质上意味着强烈扰乱其波前并降低其空间相干性 。换句话说,对于入射光的特殊轮廓的不同部分,可以获得光学相位的随机或伪随机变化 。例如,如果高度空间相干的激光束击中扩散器,从扩散器发出的光可能不再具有光束的特性,而是在很宽的方向上传播 。然而,不同设备之间的扩散程度和详细特性可能会有很大差异 。它们中的一些具有基本上具有朗伯特性的光输出,而其他的与该特性大不相同,例如表现出相对窄的钟形散射分布 。扩散器可以具有不同的几何形状,以适应不同的应用 。例如,有扩散板,通常具有圆形或矩形区域和例如几毫米的小厚度 。此外,还有可应用于各种表面(例如金属或塑料)的漫射涂层 。注意在光学领域之外还有其他种类的扩散器,这里不做处理;例如,一些扩散器用于控制气流 。
光束均质器/扩散器DOE主要有利于当需要尖锐形状的边缘时促进均匀曝光,同时保持小角度的发散和较高的传输效率 。最常见的形状是:圆形,方形,矩形,椭圆形和六边形,但是,任何形状的图 样我们都可以设计制作 。同样的,也可以是图样的自定义强度分布,使得不同区域呈现更高/更低的能量 。
· 统一/自定义的强度分布特性
· 任何输出形状或对称性
· 单/多模输入光束都适用
· 低中心要求
· 高能量阈值
· 波长范围:紫外到红外
· AR/AR 涂层
在大多数情况下,但并非所有情况下,扩散器的工作原理是基于具有高度随机结构的静止材料上或内的光散射或折射 。一些例子:可以在反射几何中的白色陶瓷或喷砂(因此具有微结构)光学表面上使用漫散射 。一些设备在镜面顶部具有散射介质,例如受保护的金属涂层镜 。在简单的情况下,即使是一张白纸也足够了 。或者,可以通过一块磨光玻璃、喷砂玻璃或化学蚀刻玻璃(也称为磨砂玻璃或乳玻璃)或包含许多散射中心的光聚合物传输光 。在某些情况下,人们使用具有结构化表面的玻璃或塑料光学器件,这样就可以像在小棱镜上一样获得折射 。还有透射式或反射式微光学扩散器,包含伪随机结构,其中入射光束的每个部分都经历光学相位的准随机变化 。此类设备通常用作全息扩散器,其中每束光束获得(准)随机相变,但不会经历多次随机散射过程 。可以通过使用合适的全息图案设计来控制散射光分布 。例如,可以实现给定的透射光角度分布,同时在很大程度上避免任何背反射 。人们可以在含有适当密度的散射中心的液体或气体中利用随机光散射 。
随机光学扩散器通常包含大致圆形的散射中心,或者有时具有非常随机的形状 。例如,磨砂玻璃可能含有微小气泡,空气和玻璃之间强烈的折射率对比会导致大量散射 。
一种区分反射扩散器(=后向散射扩散器)和透射扩散器(=前向散射扩散器) 。前者通常是表面扩散器,散射发生在不透明材料的表面,而透射扩散器可能是体扩散器,其中散射发生在透明介质的体积内,或者也利用表面散射 。一些扩散器是半透明的,即一部分光被透射,而另一部分被漫反射 。许多设备都使用可见光工作,但它们通常也可以使用红外光,例如来自激光二极管的光 。还有适用于紫外线的扩散器 。固定的光学设备有时不足以满足应用需求;然后可能需要旋转扩散板,其中输入光束轮廓的每个点不再获得时间恒定的相位变化 。在某些情况下,扩散器与滤光器同时工作,例如表现出与波长相关的吸收程度 。例如,有彩色玻璃扩散器 。
扩散器的理想性能究竟意味着什么在很大程度上取决于应用,性能的两个核心方面通常如下:
出射光的空间特性(基本上是其角分布)通常很重要 。例如,人们可能需要散射强度在某个角度范围内的平滑分布 。有时,目标是近似完美朗伯光源的特性,而在其他情况下,只需要在较小的角度范围内进行散射 。通常,输出特性几乎不依赖于入射光的空间特性 。但是请注意,在某些操作条件下(例如,使用紧密聚焦的 激光),扩散器之后可能仍然存在大量空间相干性 。此外,只有具有足够大的光学带宽的照明才能获得平滑的输出强度分布; 每个特定频率分量可能有特征空间结构,但该结构可能会在某个光学带宽上平均 。