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激光模式转换器

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产品说明
  • 液晶聚合物/N-BK7窗口片材质,三明治平片结构,辅有机械外壳
  • 液晶分子快轴取向呈现为“二分区0°-90°”和“四分区0°-90°-0°-90°”分布,λ/2延迟量
  • 可实现激光由低阶模式到高阶Hermite-Gaussian模式的转换
  • 工作波长:532 nm、633 nm、780 nm、1064 nm,转换模式:TEM00→TEM01、TEM10、TEM11
  • 支持参数规格的灵活定制

     LBTEK激光模式转换器(Laser Mode Convertor,LMC)是基于N-BK7窗口片和液晶聚合物(Liquid Crystal Polymers,LCP)材料制成,利用光配相技术在玻璃基底表面制作不同快轴分布的液晶聚合物薄膜,并通过控制液晶聚合物薄膜的厚度精确控制通过液晶分子的o光和e光的相位延迟为π,为单波长器件。LBTEK激光模式转换器是一种根据其本身的结构及相位分布,实现激光由基础的TEM00模式转换为更高阶的厄米高斯(Hermite-Gaussian)模式的衍射光学元件,不同的结构及相位分布可实现不同的模式转换。LBTEK提供转换模式为TEM00→TEM10/TEM01和TEM00→TEM11的标准激光模式转换器,工作波长有532nm、633 nm、780 nm、1064 nm可选,均安装于黑色阳极氧化的标准SM1套筒中,套筒上刻有快轴标识、产品型号及规格描述,方便客户辨别和使用。除了标准激光模式转换器,LBTEK还支持参数规格的灵活定制,具体定制需求,请联系LBTEK技术支持。

示意图
通用参数
元件材质
液晶聚合物/N-BK7窗口片
延迟量
λ/2
元件尺寸
Ø25.4×3.2 mm
延迟量精度
±λ/100
通光孔径
Ø21.5 mm
延迟量均匀性
±5 nm
表面光洁度(划痕/麻点)
40/20
相邻区域间隙
<10 μm
入射角
±15 °
透射光偏转(未安装机械外壳)
<1 arcmin
工作温度
-20~80℃
透射光偏转(已安装机械外壳)
<10 arcmin

LBTEK 激光模式转换器——技术说明

 

一、概述

LBTEK模式转换器是一种能够实现激光由基础的TEM00模式转换为更高阶的Hermite-Gaussian(厄米-高斯)模式的衍射光学元件,不同结构及相位分布可实现不同的模式转换。LBTEK模式转换器利用光配相技术在玻璃基底表面制作不同快轴分布的液晶聚合物薄膜,并通过精确控制液晶聚合物的厚度来控制o光和e光的光程差(或相位差),从而实现不同模式的转换。

在激光腔体内,近轴亥姆霍兹方程的任意解可以表示为Hermite-Gaussian模式的组合HGmn(其幅度分布可以用笛卡尔坐标系的x/y轴平面表示),m和n分别表示x和y方向上的模式数;HG模也称为横向电磁模式(Transverse Electromagnetic Mode),因此也可以表示为TEMmn。利用激光模式转换器,可直接实现各个激光模式光斑的转换,获得各种高阶振荡模式的激光,而不用制作激光谐振腔。高阶模激光相比于基模,具有更加复杂的横向分布,包含更大的信息量,有更大的聚焦光斑,因此,激光模式转换器可用于通信、传感、精密测量、STED显微镜、光镊等领域中。

图1 不同激光模式的强度及相位分布示意图

二、产品结构

LBTEK模式转换器基于N-BK7窗口片和液晶聚合物材料制成,呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构,安装于标准SM1透镜套筒中。套筒上刻有产品名称、型号及规格参数,并在端面刻有一条短线和一个点,短线代表快轴0°方向,点对应的区域快轴方向与短线平行,相邻区域快轴方向与短线垂直。对于TEM00-TEM01/10模式转换器,从点对应区域逆时针依次为0°、90°;对于TEM00-TEM11模式转换器,从点对应区域逆时针依次为0°、90°、0°、90°

图2 激光模式转换器产品结构图

三、光学特性 

LBTEK激光模式转换器根据其本身设计的结构及相位分布,实现激光由基础的TEM00模式转换为更高阶的厄米高斯模式的衍射光学元件,不同的结构及相位分布可实现不同的模式转换。LBTEK模式转换器主要利用光配相技术在玻璃基底表面制作不同快轴分布的液晶聚合物薄膜来实现其相位结构,并通过控制液晶聚合物薄膜的厚度精确控制o光和e光的相位延迟为π来实现其功能,由于不同波长对应的延迟量不同,所以该产品为为单波长器件。

图3 激光模式转换器光斑实测图

LBTEK模式转换器是利用液晶材料o光和e光的折射率差来实现激光的模式转换,使用时需线偏光入射,且偏振方向与液晶分子快轴方向平行或垂直,才能得到较纯的高阶模式。若使用其他偏振态的光入射,部分激光模式发生转换,导致出射光的模式强度分布不均匀。

四、参数说明

1. 相邻区域间隙

由于液晶材料自身性质,液晶分子快轴不同的两个相邻区域之间会存在一定的渐变区域从而形成缝隙。LBTEK激光模式转换器相邻区域间隙指的是相邻两分区之间的间隙宽度,一般要求小于10 μm。

图4 激光模式转换器相邻区域间隙示意图

2. 透射光偏转

  • 透射光偏转这一参数主要用来表征产品的平行度,透射光偏转角度越接近0 °,则平行度越好;
  • 对于未安装机械外壳的光学元件来说,影响平行度的主要因素为保护玻璃的贴合,透射光偏转角度一般控制在1 arcmin以内;
  • 对于已安装机械外壳的光学产品来说,影响平行度的主要因素为保护玻璃的贴合和机械外壳与光学元件之间的平行度,透射光偏转角度一般控制在10 arcmin以内。

LBTEK 激光模式转换器组装应用图 ① 60 mm同轴系统XY位移旋转调整架 TXYR1×1 ② 激光模式转换器 LMC25-532-01×1

LBTEK 激光模式转换器——应用案例

 

1. 精密测量

激光的高阶模式包含更多的信息量和自由度,利用高阶厄米高斯模式可以提高激光横向位置的测量精度。利用高阶模式这一特性,激光模式转换器可应用到激光倾角的测量,进一步提高激光倾角的测量精度,激光倾角的测量在引力波探测、生物粒子的追踪、卫星之间的定位等方面都有重要的应用。

2. 光阱

高阶的厄米高斯模式可生成方形涡旋阵列光束,可用于二维形式的多阱光镊和原子陷阱的研究,因此模式转换器在多阱光镊应用上表现出巨大潜力。

图1 (a)两个厄米-高斯模叠加产生涡旋阵列光束;(b)用于产生涡旋阵列激光束的多夫棱镜嵌入非平衡马赫-曾德尔干涉仪示意图

引自Shu-Chun Chu, Yun-Ting Chen, Ko-Fan Tsai, and Kenju Otsuka, "Generation of high-order Hermite-Gaussian modes in end-pumped solid-state lasers for square vortex array laser beam generation," Opt. Express 20, 7128-7141 (2012)

LBTEK 激光模式转换器——定制能力

 

激光模式转换器定制能力参数表
项目 范围
外观形态 机械外壳 有/无
SM05/SM1/SM2透镜套筒/其他定制外壳
玻璃基片 有/无保护玻璃
N-BK7/UVFS/其他材质
尺寸规格 基片几何形状 支持多种异形切割(D型、圆型、多边型)
基片尺寸 5-160 mm(直径或内接正方形)
通光孔径 ≤90 %×基片内接圆直径
光学参数 工作波长 400-1700 nm(单波长)
延迟量 λ/2
延迟量均匀性 ±5 nm
模式转换 TEM00→TEM01/TEM10/TEM11
增透膜 Ravg<0.5 %@400-700 nm;
Ravg<0.5 %@700-1100 nm;
Ravg<0.5 %@1100-1700 nm;
用户自定义增透膜

若您需要的参数不在上表覆盖范围内,欢迎联系LBTEK技术支持详询!

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模式转换器,TEM00→TEM01/TEM10
  • 元件材质:液晶聚合物/N-BK7窗口片
  • 由TEM00模式转换为TEM01/TEM10模式
  • 工作波长:532 nm、633 nm、780 nm、1064 nm

LBTEK模式转换器制作于N-BK7窗口片上,双层衬底,在整个通光孔径内具备相同的延迟量λ/2。TEM00→TEM01/TEM10模式转换器将整个玻璃一分为二,两个区域内的快轴方向保持垂直且相位差为π。模式转换器安装于标准SM1套筒中,套筒上刻有产品型号及规格描述,端面刻有一条短线和一个点,短线代表快轴0°方向,点对应的区域快轴方向与短线平行,相邻区域快轴方向与短线垂直(如右图标识,上半区域的快轴方向为0°,下半区域的快轴方向为90°)。

偏振片下的LMC25-633-01
产品型号 工作波长 模式转换 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
LMC25-532-01 532 nm TEM00→TEM01/TEM10 Ø21.5 mm
¥5500

1周

加入购物车
LMC25-633-01 633 nm TEM00→TEM01/TEM10 Ø21.5 mm
¥5500

2周

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LMC25-780-01 780 nm TEM00→TEM01/TEM10 Ø21.5 mm
¥5500

1周

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LMC25-1064-01 1064 nm TEM00→TEM01/TEM10 Ø21.5 mm
¥5500

当天

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模式转换器,TEM00→TEM11
  • 元件材质:液晶聚合物/N-BK7窗口片
  • 由TEM00模式转换为TEM11模式
  • 工作波长:532 nm、633 nm、780 nm

LBTEK模式转换器制作于N-BK7窗口片上,双层衬底,在整个通光孔径内具备相同的延迟量λ/2。TEM00→TEM11模式转换器将整个玻璃分为四个区域,对角两个区域内的快轴方向保持一致,相邻两个区域内的快轴方向保持垂直且相位差为π。模式转换器安装于标准SM1套筒中,套筒上刻有产品型号及规格描述,端面刻有一条短线和一个点,短线代表快轴0°方向,点对应的区域快轴方向与短线平行,相邻区域快轴方向与短线垂直(如右图标识,点对应的右上区域及其对角区域的快轴方向为0°,左上区域及其对角区域的快轴方向为90°)。

偏振片下的LMC25-633-11
产品型号 工作波长 模式转换 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
LMC25-532-11 532 nm TEM00→TEM11 Ø21.5 mm
¥5500

当天

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LMC25-633-11 633 nm TEM00→TEM11 Ø21.5 mm
¥5500

2周

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LMC25-780-11 780 nm TEM00→TEM11 Ø21.5 mm
¥5500

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