LBTEK 聚合物环形整形DOE——技术说明

一、概述

LBTEK 聚合物环形整形DOE，基于UVFS熔融石英基底和液晶聚合物（Liquid Crystal Polymers，LCP）材料制成，呈现为三明治结构。其在整个器件平面上具有相同的 λ/2 延迟量。

聚合物环形整形DOE具有偏振相关的光学特性，可将TEM00模高斯光束转换为中心孔型的强度分布。

相较于传统的光场调控方式，聚合物环形整形DOE具有高效稳定、操作简易的优势；同时可实现较高的温度稳定性和较大的入射角范围。在激光加工、粒子操控与捕获、光通信、超分辨显微成像等多个应用方向上，均有良好的应用前景。

二、外观结构

LBTEK 聚合物环形整形DOE基于UVFS熔融石英基底和液晶聚合物双折射材料，通过光控取向工艺制成，呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构。在产品的一侧标记了1处0 °快轴方向（与所处位置径向平行的液晶分子快轴取向），方便用户在光路系统中快速区分产品参数、进行元件调试。

图1 LBTEK 聚合物环形整形DOE产品结构

三、光学特性

1. 光束能量分布转换特性

LBTEK 聚合物环形整形DOE可以将入射的TEM00模高斯光束转换为中心孔型的强度分布。对于不同阶数m的聚合物环形整形DOE，m值越小，则出射光束中心孔的尺寸越小；反之，m值越大，则出射光束中心孔的尺寸越大。

图2 不同阶数m聚合物环形整形DOE的出射光强度分布对比

四、参数说明

1. 延迟量相关参数

LBTEK聚合物环形整形DOE，是基于其整个器件平面上双折射LCP层的λ/2延迟量，即对寻常光o光和非常光e光的光程差调制，以及衍射光学原理来实现其功能的。其设计波长为532 nm、1064 nm半波，分别适用于波端515-540 nm、1030-1080 nm。

2. 中心偏移量

对于理想的聚合物环形整形DOE，其液晶分子快轴取向的变化中心应位于基片圆心处，过大的中心偏移量将不利于聚合物环形整形DOE的入射光中心对准，尤其是用于同轴系统中时。因此，我们将聚合物环形整形DOE的中心偏移量限定在0.5 mm以内。更精确的中心对准调节，可以通过我们的xy位移调整架TXY1来实现。

关于中心对准：当入射光没有对准聚合物环形整形DOE中心时，其出射光的环形强度分布会出现明显的不对称现象，即所谓“月牙形强度分布”，如下图所示。通过观察出射光的分布强度，将聚合物环形整形DOE向出现“月牙形强度分布”的方向调节，即可得到较佳的中心对准效果。

图3 入射光未对准聚合物环形整形DOE中心时，出射光的能量分布（m=1为例）

3. 入射光尺寸

聚合物环形整形DOE入射光的尺寸上限受器件通光孔径限制，为Ø21.5 mm；尺寸下限受器件中心奇点尺寸限制，聚合物环形整形DOE标品的入射光尺寸下限建议为Ø1 mm。

4. 损伤阈值

基于LCP材料的短波强吸收特性，聚合物环形整形DOE的工作波长越大，其损伤阈值会有所增加。LBTEK 聚合物环形整形DOE的损伤阈值参考值为：

• • 48 mJ/cm^2@532 nm，8.69 ns，9.84 Hz
  • 1.97 mJ/cm^2@1064 nm，14.605 ps，300 kHz
  • 0.105 mJ/cm^2@1064 nm，500 fs，300 kHz
  • 2 kW/cm^2@1064 nm，CW

LBTEK 聚合物环形整形DOE——应用案例

激光加工：

径向偏振光形成的特殊聚焦光场具有穿透性强、光强高度集中等特殊性质，加之其独特的空间结构，使得径向偏振光在金属加工等对偏振特性要求较高的场景下的加工效率约为圆偏振光的2倍。角向偏振光的聚焦光场相比于其它偏振态分布能够获得更高的宽深比，可以用于加工宽深比要求较高的微孔；除此之外，使用角向偏振光时，可以有效增加超快激光成丝的长度，从而提高激光精密加工的性能和效率，在玻璃切割、半导体加工、精密激光打孔等方面有具有明显优势。

图1 径向偏振光与角向偏振光加工深度对比