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  • 平顶光束整形器 Top‑Hat Beam Shapers
  • 平顶光束整形器 Top‑Hat Beam Shapers

    德国Midel Photonics的2D平顶光束整形器,采用自研全反射微结构光学方案,可将单模高斯光束转换为均匀平顶光斑。光斑放大倍率可达原始光束的1.5–10倍,支持圆形、方形、矩形等多种轮廓,光学效率最高超95%,平顶区域不均匀度低于5%。器件覆盖深紫外至近红外波段,兼容飞秒超快激光与连续光,可承受最高50kW以上大功率。本产品性能仅在焦平面最优,适合焦点可精准定位的场景,多用于激光微加工、精密打标等;若加工存在轴向位移,可选择同系列3D平顶型号。

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产品详情

德国Midel Photonics的2D平顶光束整形器,采用自研全反射微结构光学方案,可将单模高斯光束转换为均匀平顶光斑。光斑放大倍率可达原始光束的1.5–10倍,支持圆形、方形、矩形等多种轮廓,光学效率最高超95%,平顶区域不均匀度低于5%。器件覆盖深紫外至近红外波段,兼容飞秒超快激光与连续光,可承受最高50kW以上大功率。本产品性能仅在焦平面最优,适合焦点可精准定位的场景,多用于激光微加工、精密打标等;若加工存在轴向位移,可选择同系列3D平顶型号。


产品概述

我们为单模激光器生成均匀平顶光斑,光斑尺寸与外形可匹配你的工艺需求。器件将高斯光束转换为均匀能量平台光斑,光斑放大倍率为原始高斯光斑的1.5‑10 倍,支持圆形、正方形、矩形,具备极高光学效率。当系统可以精准对准焦平面时,本款是我们产品系列中灵活性、效率最优的平顶整形器件。

规格要点:圆形 / 正方形 / 矩形;放大倍率 1.5‑10 倍高斯光斑;效率>90‑95%

优势特点

输出效果:能量均匀,尺寸形状按需定制

原始高斯光斑中心能量过高、边缘能量不足,会导致烧蚀、切割以及表面加工效果不均匀。平顶光斑消除中心能量尖峰,形成均匀能量平台,使光斑内部各区域加工效果一致。本产品可按需输出圆形、方形、矩形或特殊定制轮廓,光斑放大倍率为原始高斯光斑的 1.5‑10 倍;光学效率>90‑95%,几乎全部激光功率都集中在有效光斑区域。

本款平顶产品优势:灵活、高效、全反射结构

任意尺寸、任意外形

光斑平台放大倍率为高斯光斑直径的1.5‑10 倍,支持圆形、正方形、矩形或定制几何外形;完全根据工艺需求定制,不局限于标准目录规格。

极高光学效率

放大倍率 1.5 倍时效率>90%;2‑10 倍区间效率>95%。平顶区域不均匀度<5%(ISO 13694 标准),旁瓣能量<1.5%;绝大多数激光功率集中在有效光斑轮廓内。

适配各类激光器、耐受高功率

采用全反射微结构反射镜光学设计:深紫外至近红外、飞秒激光至连续光,功率可支持 50kW 以上。高功率工况下性能稳定,不会像透射式光学元件那样因热透镜效应发生性能漂移。

亮点:针对实际光束质量 M² 做优化

光束质量不是事后适配参数:每一款整形器都会依据客户激光器实测 M² 值做设计,而非采用理想 M²=1.0 假设。与实际光束参数匹配,可最大化光斑均匀性。请提供激光器 M² 参数,我们以此完成定制设计。

平顶光斑尺寸、外形、波长均依据客户光束与系统条件定制。

选型

选 2D 平顶,还是 3D 平顶?

两款产品均可将高斯光束转为平顶光斑,差异在于各自优势工况:焦平面最优灵活性,还是轴向深度范围内工艺稳定性。

2D 平顶光束整形器

可以精准定位焦平面的工况光斑尺寸选择自由度高(1.5‑10 倍),外形支持圆、方、矩形;实现最高效率(>90‑95%)。光斑性能仅在焦平面达到最优;工艺系统需要良好对准,焦平面位置必须精准,才能发挥全部性能。

  • 光斑倍率:高斯光斑的 1.5‑10 倍

  • 外形:圆形、正方形、矩形、可定制

  • 最高效率:>90‑95%

  • 最佳工作区间:仅限焦平面


3D 平顶光束整形器

加工过程存在轴向位移的工况经过扩展景深(EDOF)设计的平顶光斑,可在一段轴向范围内维持光斑形态;生产线上工艺容错窗口更大。作为代价,光斑固定为约 1.8 倍衍射极限圆形光斑。

  • 在扩展焦深范围内光斑保持稳定

  • 光斑轮廓固定为圆形,约 1.8 倍衍射极限

  • 抗焦点偏移、抗对准误差,适合产线使用

  • 用于无法严格锁定焦点的量产加工场景


不确定选型?提供你的激光器参数、目标光斑轮廓,以及焦点位置可控制精度,我们为你推荐合适产品。


光斑外形选型:圆形、方形、矩形,多种尺寸

光斑平台外形可设计,尺寸可缩放。以下为仿真光强分布图:红色代表光强峰值,蓝色代表光强下降沿。

  • 小倍率 1.5 倍:光斑的边缘衍射旁瓣占比更大;

  • 大倍率 2-10倍:边缘仅占很小区域,中间宽阔均匀平顶平台。


支持其它外形与长宽比定制;告知工艺需要的光斑尺寸,我们为你完成轮廓设计。

光斑原理解读

同样的过渡沿,更大的平顶平台 —— 尺寸决定光斑品质

同一份高斯光束生成两款平顶光斑:1.5 倍(橙色)、5 倍(绿色)。两款平顶光斑的上升沿、下降沿与原始高斯光束保持一致;仅中间的平顶平台被拓宽。 可以把平顶光斑理解为:将高斯光束从中间切开,两半之间插入一段能量平坦的平台。光斑上升 / 下降沿由光学系统、最终由衍射极限决定,无法做到无限陡峭;我们只负责插入中间的平顶平台,不改变光斑的边缘过渡。


因此边缘宽度基本固定,平顶平台大小由你指定。光斑尺寸决定品质:5 倍大倍率时,固定宽度的边缘仅占外围很小一圈;1.5 倍小倍率时,边缘会占据绝大部分光斑,几乎没有平坦区域。


经验法则:不能把 20 µm 高斯光束直接生成 20 µm 的高质量平顶光斑;此时边缘宽度与光斑尺寸相当,几乎不存在平顶区域。想要获得轮廓优良的平顶光斑,要么扩大入射光束,要么缩短聚焦焦距,让平顶平台显著大于边缘宽度。告知目标光斑尺寸,我们给出所需光束直径或者焦距条件。


适配性校验

确认器件能否适配你的系统


每款平顶整形器均针对你的激光器、目标光斑、工艺条件做设计。请提供以下参数,我们确认是否适配你的系统配置:

  • 激光器:波长覆盖深紫外‑近红外(266 nm、355 nm、532 nm、1030/1064 nm,其它波长可定制)

  • 光束质量:标准适配单模 M²<1.5;更高 M² 可特殊定制

  • 入射光束直径:定制适配,公差 ±5%;最大输入光束直径 16 mm(45° 入射角)

  • 功率与工作模式:飞秒‑连续光;低功率直至 50 kW 以上

  • 目标平顶光斑:倍率 1.5‑10 倍,外形圆 / 方 / 矩形

  • 焦点条件:工艺必须工作在焦平面;若需要深度方向容错,请选择 3D 平顶。

推荐系统搭建:放置在准直光路中,后端搭配聚焦透镜。本款平顶仅在焦平面实现最优性能;无透镜的系统请联系我们做评估。



参数指标
平顶光斑几何参数
平顶光斑放大倍率高斯光斑 (1/e²) 直径的 1.5‑10 倍
光斑外形圆形、正方形、矩形、可定制
光学效率1.5 倍:>90%;2‑10 倍:>95%
平顶区域均匀度<5%(ISO 13694:2018)
最大旁瓣能量<1.5%
焦深特性焦平面性能最优,要求焦点定位准确;深度方向需要容错请选用 3D 平顶
入射光束条件
入射光束质量M²<1.5;更高 M² 可定制
入射光束直径定制适配 ±5%;最大 16 mm(45° 入射角)
工作波长1030/1064 nm、515/532 nm、450 nm、343/355 nm、266 nm,其它可定制
通光孔径≥2 倍 1/e² 光束直径
集成安装
对准要求需要横向对准;器件不可旋转;旋转结构需求请咨询
推荐光路准直光束内使用,后端搭配聚焦透镜;无透镜系统请联系评估
其它参数
基底与膜层熔融石英基底,微结构 + 介质高反膜
反射率1030/1064 nm、515/532 nm、343/355 nm>99.9%;266 nm>99.8%
器件尺寸Φ25 mm(1 英寸)、Φ50 mm(2 英寸);其它尺寸可定制

*版本 Datasheet v1.3。指标基于单模入射光束与无像差光学系统;系统像差、实际光束质量会影响最终效果;精确性能以具体配置确认。


集成安装

安装方式如同反射镜,按光学器件完成对准


A. 平行 / Z型折叠光路:整形器放置在透镜前折叠镜位置,到透镜距离任意,透镜焦距 f 到工件。

B. 折叠光路:直接替换反射镜:整形器以 45° 折叠光束,直接替换光路中原有的偏转反射镜。

C. 扫描振镜光路:整形器置于振镜与 F‑Theta 场镜前端,实现扫描场景下平顶加工。


*支持其它光路布局与入射角。提供你的光束路径,我们推荐最优集成方案。

应用领域

  1. 微加工与精密结构化加工:实现更锐利加工形貌,工艺窗口更大、容错性更高。

  2. 打标与溯源标识:曲面或者高度起伏工件,输出稳定打标质量,无需 F‑Theta 场镜、无需主动对焦。

常见问题 FAQ

Q:2D 平顶与 3D 平顶光束整形器区别?

A:2D 平顶光斑尺寸、外形选择自由度最高,效率最优,但性能仅在焦平面最佳,系统需要精准对准焦点。3D 平顶经过扩展景深 EDOF 设计,在一段轴向深度范围内维持圆形平顶光斑;适合加工过程焦点无法严格锁定的场景。

Q:我可以获得多大、什么形状的光斑?

A:平顶平台可做到高斯光斑直径 1.5‑10 倍,支持圆形、方形、矩形或定制外形。告知工艺需要的光斑尺寸,我们完成定制设计。

Q:我有 20 µm 高斯光斑,能否直接得到 20 µm 平顶光斑?

A:无法直接得到边缘锐利的同等尺寸平顶光斑。平顶光斑边缘受衍射极限限制,不可能无限陡峭。如果平顶平台和原始光斑一样大,则边缘宽度占满整个光斑,几乎没有平坦区域。解决方案:扩大入射光束,或者缩短聚焦焦距,使平顶平台显著大于衍射边缘宽度。告知目标光斑,我们给出对应的光束直径或焦距条件。

Q:光学效率有多高?

A:1.5 倍光斑>90%,2‑10 倍光斑>95%;平顶区域不均匀度<5%(ISO 13694),旁瓣能量<1.5%;绝大多数激光功率落在有效光斑轮廓内。

Q:光束质量 M² 是否会影响器件效果?

A:是的。每一款整形器都依据激光器实测 M² 值设计,而非理想 M²=1,以此实现最优光斑均匀性。标准适配 M²<1.5,更高 M² 可以定制;请提供实测 M² 数值。

Q:可以适配哪些激光器?

A:标准适配 M²<1.5 单模光源,深紫外‑近红外,飞秒激光至连续光,低功率直至 50 kW+。请提供波长、工作模式、功率、M²、入射光束直径,我们确认适配性。

Q:为什么焦平面位置如此关键?

A:传统平顶整形器针对单一平面做优化:只有焦点位置光斑品质最好,一旦远离焦点,光斑效果劣化。这是换取高灵活性与高效率的取舍。如果工艺无法严格锁定焦点,请选用扩展景深的 3D 平顶光束整形器。

Q:如何完成系统集成?

A:推荐放置在准直光束中,后端搭配聚焦透镜;器件可以用于平行光路、Z 折叠光路,也可放在振镜前端配合 F‑Theta 场镜使用。全反射 45° 工作,经常直接替换原有折叠反射镜。器件对横向偏移不敏感,但旋转角度固定;旋转结构需要提前沟通。