衍射光学元件广泛用于红外激光加工系统，尤其是涉及工业工艺的地方。本文重点介绍激光焊接应用，并展示其独特的定制解决方案，提高了拥有衍射光学元件的红外系统激光器的竞争优势。
红外激光器的发展趋势
红外激光器，尤其是在1um波长范围内，是激光材料加工工业的主力军。第一批工业激光器是CO2中红外激光器，在许多应用中逐渐被ND-YAG固态激光器取代，最近又被光纤激光器取代。随着功率的迅速增加和成本的降低，几千瓦的激光器在许多工业过程中不可或缺，例如焊接、切割、烧结和表面处理等。
本文将重点讨论激光焊接，这是高功率NIR激光器应用的一个案例研究。
激光焊接导论
激光焊接广泛应用于工业领域，包括汽车、航空航天、半导体、电子、医疗、电力、国防等。与其他激光材料加工应用相比，这些激光工艺在所需的激光功率（数千瓦）和经常使用红外激光器方面尤为突出。
对于许多工业应用和工艺来说，原始激光束并不是最佳的形状。在焊接、铜焊、钎焊和其他类似工艺领域，将激光束塑造成特定工艺定制的强度分布可以提供宝贵的优势，并改善工艺特性，其中包括:
- 高吞吐量
- 接缝高度
- 强度
- 接缝边缘平滑度
同时帮助避免不利影响，例如热影响区（HAZ）、飞溅、驼峰和焊缝气孔。
衍射光学元件为许多这类情况提供了一种简单、经济耐用且易于集成的解决方案。
衍射光学元件基础知识
衍射光学元件（DOEs）是平面的窗口片状相位元件，它使用蚀刻改变元件表面的微结构，以便在通过元件照明的光束中产生相位延迟，从而修改输出光束。
经过周密考虑，衍射光学元件的设计方案可以将光束塑造成几乎任何所需的强度分布，将光束分裂成多个光束，可以实现任何所需的几何分布、环形形状或焦点整形的平顶分布，这些光束具有与输入光束相似的特性，甚至可以将同一光学元件的多种功能结合起来，提供各种定制的解决方案。
Holo/Or是第一家衍射光学元件制造商，早在20世纪80年代末，他们就提出了将微电子制造工艺应用于商业应用的光学元件。从那时起，衍射光学元件市场需求日益增长，如今，各种各样的激光应用给人们带来了很多好处。
对于红外系统中应用的衍射光学元件，将采用一种对于红外光谱透明材料制造衍射光学元件，以便实现高透射效率，并消除吸收影响，这种吸收会使元件加热，导致缺陷，降低其功能。增透(AR)涂层也具有高质量，以维持高红外功率。
用于激光焊接应用的定制衍射光学元件
HOLO/OR为激光焊接提供了几种不同的固定和可调DOE解决方案，其中包括:
Flexishaper-由2个DOE组合而成的一种创新解决方案，只需旋转一个DOE与另一个DOE，实现标准光纤激光器能量的可调环光比。这种独特的解决方案可应用于单模和多模激光系统，以找到每个过程的最佳工作点
C-形状–一种定制的扩散器形状，允许氮气气泡从焊接区域的缺口逸出，从而提高宽度/深度比，减少氧化，并消除热裂纹。
T-形状–对接焊接的最佳解决方案，能够沿焊缝扫描形状，热点位于中心，从而改善焊后退火，减小焊缝角度，提高焊接强度。
铜焊扩散器-一种组合式分束器和扩散器，产生2个前导光斑和1个中心光斑，在铜焊过程中扫描时，会熔化两块板之间的金属丝，同时预热和清洁铜焊焊缝的两侧。
TL; DR -问答
什么是衍射光学元件？
一种轻薄、紧凑且坚固的光学元件，用于控制光束的成形、分离和聚焦。
什么是衍射光学透镜？
一种紧凑的轻薄窗口，对于设计波长，其功能与传统折射透镜相同，但要薄得多，热膨胀也小得多。
在红外系统中，使用衍射光学元件有什么优势？
衍射光学元件能够在精确的高端应用中对光束进行整形，同时相对于折射解决方案具有低热吸收和极低的热膨胀，并且由能够承受许多IR激光系统中所使用的高功率材料制成。
衍射光学元件设计有什么激光焊接的定制解决方案？
将激光轮廓转换成C形强度轮廓可以减少氧化并消除热裂纹。另一种解决方案是DOE可变环和光斑强度分布，无需要改变激光器结构即可实现。
