光束整形案例研究——用于点阵激光美容治疗的衍射光学元件

皮肤病学中的点阵治疗在患者皮肤上使用激光点阵，以达到最佳疗效。本文介绍了生成点阵的方法。

背景：点阵激光治疗

点阵激光（FL）美容治疗是利用能量基础设备（EBD）进行治疗的一类激光工艺。即在数以千计独立光斑（通常称为微热治疗区）上仔细而精确地利用激光威力，令肌肤焕然新生。为了在肌肤上形成光斑图案，激光需迅速从一个点到另一个点进行扫描，或分成光束阵列，又或将两种方式结合起来。

最早的FL治疗是在2004年发展起来的，此后便成为最受欢迎的美容治疗方法之一。不同的激光波长应用于FL治疗之中，范围从 MIR（CO2 激光和Er-YAG）到短脉冲 NIR ，甚至包括可见光（Nd-YAG 激光在 1064nm、532nm 的纳秒或皮秒范围脉冲）。

如上所述，在患者肌肤上形成光斑图像的方法有三种：

使用安装在手柄上的微型扫描仪在整个区域上逐点引导光束（例如在 x 和 Y 方向）。操纵手柄在肌肤上滑动，同时扫描仪生成光斑图像。不过治疗区域伤口需手工缝合。
将光束分成一排光斑。这一步骤通常使用衍射光学元件（称为衍射分束器）来完成，将光束分成清晰分明的光斑阵列。
光斑阵列通常是对称的（9X9 点、7X7 点等），且覆盖面积很小。此治疗方法通过移动手柄以覆盖新区域，加上手动缝合治疗区域进行。有时，另一治疗方法也会用于生成光斑阵列，即微透镜阵列（MLA），通过折射而非衍射的方式生成光斑阵列。
结合一维衍射分束器和一维扫描仪来生成点阵。这种方法结合了扫描仪方法的灵活性（治疗区域的形状可以改变）与衍射分束器方法的持久性（扫描只能在单轴上进行扫描，这让扫描仪更易上手、更便宜，扫描过程更持久）。

MLA或DOE可将光束分成一排光斑。DOE光学方法有许多优点：

均匀性：点阵治疗中使用的DOE旨在通过数字衍射光学优化方法均匀光斑分布，无论激光输入分布如何，均可实现。每个光斑与输入光斑完全一致。MLA的情况有所不同，每个光斑皆由一个子孔径产生，光斑强度与输入光束轮廓高斯包络完全一致。这往往意味着使用MLA时，激光必须均匀通过孔径或多模光纤，这会降低效率。
精确性：Holo/Or 采用光刻法生产的DOE分离角无任何公差。所有光斑都由单个外部透镜聚焦到同一平面。相较之下，MLA在透镜 ROC 上存在公差，因散焦不同导致光斑直径发生变化。
可塑性：衍射分束器可与其他光束整形功能相结合，如光斑均化可减少热点，这些热点可能损伤患者皮肤，损坏衍射分束器中其他光学部件。（用于美容激光治疗的多模激光的光束轮廓通常不太稳定）。

回答：FL治疗是利用能量基础设备（EBD）进行美容的一类激光治疗法。激光能量以若干光斑的形式分布在患者皮肤上，每一块光斑都带有一部分激光能量。该疗法已被证明可以使皮肤重新焕发活力，减少皱纹，减轻色素沉着以及其他皮肤疾病。

回答：总而言之，有两种方式：主动扫描，激光光束逐点扫描。还有被动分裂，使用衍射分束器或微透镜阵列将光束分裂成一排排光斑。

回答：DOE无角度公差，可确保光斑相对位置的绝对精确性与优秀的光斑均匀度。还可为衍射分束器添加其他整形功能，如光斑均化，所有光斑都处在同一表面上。