レーザービームは、ガウスプロファイルを持つコヒーレントな単色放射照度を特徴とし、ビーム強度はビームの中心で最も強く、ビームの端に向かって減衰します。作業平面上の強度プロファイルを見ると、この放射輝度プロファイルは、中心に強いエネルギーを持ち、エネルギー レベルがゼロに達するまで中心から連続的にフェードアウトするスポットになります。
多くのレーザーアプリケーションでは、処理された領域と未処理の領域との間に明確な境界があるという利点がありますが、このエネルギープロファイルは最適ではありません。処理されたゾーンと未処理のゾーンを最適に区別するには、レーザービームシェイパーを使用することをお勧めします。レーザービームシェイパーは、入射ビームの強度プロファイルを変更して、鋭いエッジを持つ明確に区別されたスポット形状を作成する光学部品であり、スポット内外のエネルギーレベルの比率が可能な限り100%に近づくようにします。
レーザービームシェイパーのもう一つの特徴は、スポット内のエネルギー分布を制御できるため、エネルギーの無駄を最小限に抑えながら、より正確で均質で制御された加工が可能になります。HOLO/OR には、いくつかのタイプのパッシブ、無偏光、レーザービームシェイピング光学系があり、一般的なものは次のとおりです。
トップハットビームシェイパーはフラットトップビームシェイパーとも呼ばれ、シングルモードの低M^2レーザービーム(通常はM ^ 2 < 1.5)を使用するレーザーシステムに適用可能なハイエンドオプションです。
フラットトップレーザービームシェーパーは、ガウスビームを均一な強度を持つフラットトップビームに変換する回折光学素子（DOE）であり、設計された角度寸法内で定義された形状を持ち、その形状の端では非常に急激にエネルギーが減少します（「移行領域」）。
DOEは、特定の波長で動作するように設計されており、製造プロセスにより完璧な角度精度と非常に低い生産公差を実現し、高精度を必要とするレーザーアプリケーションに最適なソリューションとなっています。それらは光学ウィンドウ上に製造されているため、平らで薄く、軽量で、コンパクトなソリューションを必要とする多くの顧客に付加価値をもたらす特性を備えています。
回折ディフューザーは低コヒーレントレーザービームのレーザーシステムに最適です。ビームを回折し、その後、ビームをスクランブルして、非常に均一でスペックルのないビームを実現します。回折ディフューザーは、任意のスポット形状やサイズに設計でき、スポット内のエネルギー分布(バットウィング分布、非対称のテール形状など)を制御することが可能です。
トップハットビームシェイパーと同様に、回折ディフューザーはDOEであるため、シャープな転写領域、完璧な角度精度、非常に低い生産公差、コンパクトさという同じ利点を提供します。フラットトップレーザービームシェイパーとは異なり、回折ディフューザーは中心位置やビームサイズに敏感ではないため、既存のシステムに非常に簡単に統合できます。
マイクロレンズアレイ（MLA）はおそらく最も一般的でよく知られているビーム整形ソリューションですが、ここで紹介されるビームシェイパー用途の中では最も制約の多いものかもしれません。その名前が示すように、MLAは特定の周期的なグリッドに配置されたマイクロレンズのアレイで構成されており、通常は円形、正方形または円柱形のレンズが正方形、六角形、または線形グリッドに配置されています。デフォーカスモードやフライアイディフューザーのペアとして使用すると、コヒーレントの低いビームに対して拡散やフラットトップシェーピングを生成できます。
上述の回折型ビームシェイパーソリューションとは異なり、MLAは屈折型ビームシェイパーオプションであり、複数の波長が同じ光路で同じ整形を必要とする多色システムや、白色光
や発光ダイオード(LED)のような大きく広がる光源が使用される場合に適用できます。MLAは、効率が高く、比較的均質なビームを生成します。また、幾何学的なスポット形状(円形、正方形、線など)を生成するように設計することができます。しかし屈折によるサブアパーチャの性質上、回折ディフューザーと比較して角度許容範囲があり、エッジがぼやけて柔らかくなるため、高精度を必要とするシステムにはあまり推奨されません。
ブロードバンドディフューザー(BD)は、エンジニアリングディフューザーとも呼ばれ、MLAと非常によく似た特殊なフラットトップビームシェイプ用のマイクロ屈折ディフューザーですが、レンズレットが擬似ランダムに配置されており、単純なMLAと比較してはるかに優れた均質化品質を実現します。単純なレンズのプロファイルを超えてサブアパーチャ光学機能を変更することにより、M形状(バットウィング)やフラットプロファイルリングなど、形状の多様な制御が可能です。
BDは、同じ光路内で複数のレーザーが使用されるアプリケーション、例えばRGBモジュール、チューナブルレーザー、広いスペクトル範囲で動作する周波数倍増レーザーなどのために特別に設計されたレーザービーム整形ソリューションです。BDエレメントは、IRからUVまでの広い波長スペクトルで同じ性能を発揮し、高効率でゼロオーダーのない高い均質性を提供します。
レーザービームシェイパーを利用し、そのメリットを享受するさまざまなアプリケーションがあります。より一般的なものには、次のようなものがあります。
