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日本开发出可用于各类激光器的高质量光束整形技术

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日本大阪大学(Osaka University)提出了一种利用空间光调制器实现光束整形的技术,这种技术通过优化虚拟相位提高传统方法获得的激光光束整形(laser beam shaping)和波前的精度,并且这种技术并不需要增加额外的成本。研究成果目前已发布于Scientific Report。
高质量的方形平顶光束(Top-hat beam)是如今许多工业化生产的重要需求,例如激光加工、医学美容。光束的整形质量何如是激光性能和实现效果的关键所在。然而,目前的光束整形基于DOE的对激光的参数有严格的要求,传统的光束整形在效率和均匀性和边缘处理上都不尽如人意。
目前,应用广泛的衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,简称DOE)主要是应用在激光整形。其原理是衍射光学原理,主要是为特定波长的入射激光,通过设计DOE表面的微纳结构,实现激光的能量和相位重新分配得到需要的输出光斑。此技术已经非常成熟,在工业应用中已经普及。然而,其对光束的参数有严格的要求,生产成本相对较高。
自适应波束整形技术在光学4F系统的傅里叶平面上拥有空间频率的性能,并且这个技术采用的是滤波空间光调制器(SLM)上编码的相位光栅。该传统方法利用空间控制衍射效率,可以实现无波前形变下输出方形平顶光束。但是因为提取和残留的分量在傅里叶平面中有重叠,所以得从提取分量中分离出高空间频率分量,造成所得到的光束形状的平坦度和边缘陡度有所限制。
日本大阪大学(Osaka University)的研究小组开发出一种高精度的通用光束整形技术,可用于从紫外到近红外波段的不同类的激光器。这种技术采用虚拟对角相位光栅对傅里叶平面中的残留和提取分量的空间分离,并且使光栅向量kg不平行于所需光束剖面的法向量kx或ky达到消除重叠的目的;有效地利用只包含HSF的提取分量可以实现了高分辨率的光束整形。可以得到所有角形平坦的高度均匀的平顶光束,从而将整形光束的边缘高度抑制到20μm,小于传统垂直相位光栅的20%。
该论文的通讯作者Yoshiki Nakata说:“我们的方法可以通过提高分辨率和精度来优化光束形状,这将为基础研究、制造和医学工程等领域做出贡献。


IP属地:广东1楼2019-08-01 14:59回复