[發明專利]一種基于各向異性雙光子吸收效應的光束整形裝置

有效

• 申請號: 201910834408.1
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110658631B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 顧兵;胡月球;聞博;芮光浩;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明公開了一種基于偏振態調控和各向異性雙光子吸收效應生成平頂光束的光束整形裝置，所述裝置系統自左向右依次為飛秒脈沖激光器、矢量光場生成系統、聚焦透鏡、各向異性雙光子吸收材料和光場檢測系統。光場的偏振取向和各向異性材料的晶體取向之間存在最佳匹配，且不同相對取向直接影響光束整形效果。本發明中光束整形裝置，能獨立調控各點的透射光強，生成的平頂光束具有完美的平整度；優化光場的偏振態取向和材料的晶軸取向匹配關系，能將生成的平頂光束平頂范圍最大化。無需借助其他衍射光學元件，可實現對目標平頂光束的平頂范圍自由調控，裝置具有設置簡單，可控性強，生成效果好、可實時調控等優點。

技術領域

本發明涉及光場調控領域，利用偏振態調控技術，將非線性光學中的各向異性雙光子吸收效應運用于對光場的振幅調控，實現將基模高斯型光場整形為平頂光束的功能。該技術在材料加工、激光切割和激光印刷等方面具有應用價值。

背景技術

近年來，平頂光束因其獨特的空間分布特性，引起了人們濃厚的研究興趣。所謂平頂光束，即光強在橫截面上具備均勻分布特點的光束。由于這樣的光束具有獨特的橫向光強分布及焦場特性，被廣泛應用于激光雕刻、微加工和粒子捕獲等方面(D.L.Shealy andJ.A.Hoffnagle,“Laser beam shaping profiles and propagation,”Appl.Opt.45(21),5118-5131(2006).)。

現有的平頂光束生成方法眾多，如非球面透鏡法(B.R.Frieden,“Losslessconversion of a plane laser wave to a plane wave of uniform irradiance,”Appl.Opt.4(11),1400-1403(1965).)、雙折射透鏡組法(B.M.Van Wonterghem,J.T.Salmon,and R.W.Wilcox,et.al,“Beamlet pulse-generation and wavefront-control system,”ICF Quarterly Report,5(1),43(1994).)、多透鏡合成法(F.M.Dickeyand S.C.Holswade,“Gaussian laser beam profile shaping,”Optical Engineering 35(35),3285-3295.(1996).)和光闌法(J.A.Hoffnagle and C.M.Jefferson,Design andperformance of a refractive optical system that converts a Gaussian to aflattop beam,Appl.Opt.39(30),5488-5499(2000).)等。然而，已有的方法都具有一定的局限性，如非球面透鏡法，雖然有較高的能量利用率，但器件功能固定，可重復使用率低；雙折射透鏡法則對入射光的光強分布要求較高；多透鏡合成法，理論上可以生成理想的平頂光束，但實際操作時卻存在輸出光束均勻性不好的問題；光闌法生成平頂光束簡單直接，但損耗大，效率低等。隨著工業技術的不斷發展，更高效、更全面、多功能的光束整形方法成為科學研究和工業制造亟待解決的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種基于各向異性雙光子吸收效應的光束整形裝置，本發明結合光場的偏振態調控和材料的各向異性雙光子吸收效應，利用材料對不同偏振態的光極化響應的差異性，通過調控初始光場的偏振態分布，實現了將高斯光束整形成平頂光束，并且通過匹配材料的晶軸取向和入射光場的偏振取向，能夠有效地提高光束整形的效率，生成平頂區域更大的平頂光束。另外，光場生成過程無需借助于衍射光學元件。由于入射場的偏振分布實時可控，最終生成的平頂光束輸出效果也可實時調節，輸出光場可控性強。且入射光場的偏振態分布是各點獨立可調節的，故此生成的平頂光束具有完美的平整度。