Top Hat/Flat Top 레이저 빔을 사용하는 이유는 무엇입니까?

대부분의 레이저 빔은 가우시안이지만 어떤 경우에는 가우시안이 아닌 조도 프로파일을 갖는 것이 유리할 수 있습니다. 가우시안 빔의 대칭 방사 조도 분포는 레이저 빔 단면 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소합니다. Flat-top 또는 top-hat 빔은 레이저 빔의 단면에 걸쳐 일정한 조도 분포를 갖습니다(그림 1). 주어진 영역에서 일정한 강도로 이점을 얻을 수 있는 일부 응용 분야에는 반도체 웨이퍼 처리, 고전력 수준에서의 비선형 주파수 변환 및 재료 처리가 포함됩니다. 플랫탑 빔은 일반적으로 가우시안 빔보다 더 선명하고 날카로운 모서리와 같은 더 정확하고 예측 가능한 결과를 생성하지만 시스템 복잡성과 비용이 추가로 발생합니다.

그림 1: 가우시안 빔은 애플리케이션에 필요한 임계값보다 높은 불필요한 에너지와 가우시안 빔의 외부 부분에서 임계값보다 낮은 에너지를 통해 에너지를 낭비합니다. 탑햇/플랫탑 빔은 낭비되는 에너지를 최소화하면서 임계값을 초과한다는 점에서 더 효율적입니다.

 

 

가우시안 빔
고품질 단일 모드 레이저는 TEM00 모드인 낮은 차수의 가우스 조도 분포를 생성합니다. 탑햇/플랫탑 레이저 빔과 동일한 평균 광학 출력을 가진 가우시안 빔은 탑햇/플랫탑 레이저 빔의 최대 에너지 밀도가 두 배입니다(그림 2). 가우시안 빔은 변환 중에 일정하게 유지됩니다. 따라서 빔이 시스템을 통해 전파됨에 따라 빔 크기가 변경되더라도 빔 프로파일은 가우시안 분포를 유지합니다. 가우시안 함수의 푸리에 변환은 또 다른 가우시안 함수이기 때문입니다. 빛은 무한대로 전파되거나 완벽한 렌즈를 통해 초점을 맞춤으로써 푸리에 변환을 거칩니다. TEM00과 같은 레이저 모드에 대해 자세히 알아보려면 레이저 공진기 모드 애플리케이션 노트를 방문하세요.

그림 2: 동일한 광학 출력에서 ​​가우시안 빔과 플랫탑 빔, 가우시안 빔의 피크 강도가 플랫탑 빔의 두 배임을 보여줍니다.

가우시안 레이저는 다른 레이저보다 일반적이고 비용 효율적이지만 "날개" 또는 사용 가능한 빔 중심에서 확장되는 저강도 영역과 같은 몇 가지 단점이 있습니다. 가우시안 빔의 날개 강도가 애플리케이션에 필요한 임계값 미만인 경우 일반적으로 에너지 낭비가 발생합니다(그림 1). 또한 주변 영역에 손상을 주고 열 영향 영역을 확장하여 레이저 수술 및 정밀 재료 가공과 같은 응용 분야에 해로울 수 있습니다. 가우시안 빔으로 미세 형상을 절단하거나 성형하면 빔의 더 큰 열 영향 영역으로 인해 탑햇/플랫탑 빔보다 정밀도가 떨어지므로 탑햇/플랫탑 빔이 이러한 응용 분야에 더 나은 선택이 됩니다.

 

 

탑 햇/플랫 탑 빔

실제 빔이 이상적인 플랫 탑 빔에 얼마나 가까운지 평가하는 한 가지 방법은 평탄도 계수(F_η). 이는 설명된 대로 평균 방사조도 값을 최대 방사조도 값으로 나누어 결정됩니다.

 

Fη=평균 조도/최대 조도

 

톱 햇/플랫 탑 빔에 날개가 없고 가장자리 전환이 더 가파르면 에너지 전달 효율이 높아지고 열 영향 영역이 줄어듭니다. 이는 높은 정확도와 주변 영역의 손상 최소화가 우선시되는 광범위한 응용 분야에 유용합니다. LIDT(Laser-Induced Damage Threshold) 테스트와 같은 계측 응용 분야에서 Top Hat/Flat Top Beam의 균일하고 잘 정의된 프로파일은 측정 불확실성과 통계적 분산을 줄입니다.

 

톱 햇/플랫 탑 빔은 레이저 출력을 탑 햇/플랫 탑 빔으로 변환하기 위해 추가 빔 형성 구성 요소가 필요하기 때문에 가우시안 빔만큼 비용 효율적이지 않습니다(그림 3). 이 빔 성형 부품은 레이저 소스에 내장하거나 레이저 외부에 배치할 수 있습니다. 이러한 추가 빔 셰이퍼는 xy 정렬에 민감하며 입력 빔 직경에 따라 달라집니다. 탑 햇/플랫 탑 레이저 빔은 변환 중에 일정하게 유지되지 않습니다. 따라서 입사 탑햇/플랫톱 빔의 빔 프로파일은 빔이 전파됨에 따라 자연적으로 보존되지 않습니다. 탑햇/플랫탑 함수의 푸리에 변환은 에어리 스팟 함수이며, 이는 탑햇/플랫탑 빔이 결국 에어리 스팟으로 진화한다는 것을 의미합니다.

그림 3: 가우시안 분포와 플랫탑 분포 사이에서 변환되는 빔 프로파일의 애니메이션.

 

 

하이햇/플랫햇 레이저 빔을 사용하면 다양한 산업 및 과학 응용 분야에 다양한 이점을 제공합니다. 균일한 에너지 분포와 열 렌즈 및 스폿 크기를 줄이는 기능을 갖춘 이 유형의 빔은 다양한 레이저 프로세스의 정밀도, 일관성 및 효율성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

SDQY 레이저는 기술력을 갖춘 레이저 클리닝 기계 공장입니다. 우리는 200w, 300w, 500w 탑햇/플랫 탑 빔 및 100w 200w 300w 1000w 가우시안 빔 레이저 클리닝 기계를 포함하여 고객에게 고품질, 고성능 레이저 클리닝 장비를 제공하는 전문 R&D 팀을 보유하고 있습니다. 동시에 고객의 다양한 요구를 충족시키기 위해 고객의 요구에 따라 맞춤형 자동 레이저 청소 솔루션을 제공할 수도 있습니다.

향후 개발에서 우리는 "품질 우선, 서비스 우선"의 원칙을 계속 유지하고 제품 및 서비스의 품질을 지속적으로 개선하며 고객에게 더 나은 레이저 청소 솔루션을 제공할 것입니다. 우리에게 연락하고 함께 더 나은 미래를 만들기 위해 각계 각층의 고객을 환영합니다!