[發(fā)明專利]一種基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼的光束近場(chǎng)整形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010050997.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111240012B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾發(fā);代萬(wàn)俊;張曉璐;薛嶠;李森;田曉琳;宗兆玉;龍蛟;梁樾;趙軍普;張君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B27/09
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

本發(fā)明涉及一種基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼的光束近場(chǎng)整形方法，屬于光束近場(chǎng)整形技術(shù)領(lǐng)域，在光束的傳輸光路中離軸放置光柵編碼器件，根據(jù)整形光束的期望輸出，對(duì)光柵編碼器件進(jìn)行編碼，光束經(jīng)光柵編碼器件透射后分束為0級(jí)衍射光束和－1級(jí)衍射光束，所述光束為線偏振光，所述0級(jí)衍射光束經(jīng)過(guò)光學(xué)濾波系統(tǒng)濾除高頻分量，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的近場(chǎng)整形，本發(fā)明通過(guò)在光路中放置導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼器件，在空域上調(diào)控光場(chǎng)在不同衍射級(jí)次上的能量分配比例，光柵編碼器件可采用光柵刻蝕角度編碼或光柵刻蝕面積編碼方式，通過(guò)后續(xù)聯(lián)接光學(xué)濾波系統(tǒng)，僅保留0級(jí)衍射光束的低頻分量，實(shí)現(xiàn)對(duì)線偏振光束的近場(chǎng)整形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光束近場(chǎng)整形技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼的光束近場(chǎng)整形方法。

背景技術(shù)

在高能量、高功率激光研究及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布通常具有較高要求，相應(yīng)地衍生出了光束近場(chǎng)整形的實(shí)際需求。例如，為了精確測(cè)量相關(guān)裝置中大口徑光學(xué)元件的激光損傷閾值，需提供光強(qiáng)分布較為均勻的測(cè)試光束；為了保障高能量、高功率激光裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需嚴(yán)格控制光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布的調(diào)制度，以避免小尺度自聚焦引起的光學(xué)元件損傷；激光系統(tǒng)中放大光路模塊對(duì)應(yīng)的增益通常為空間非均勻分布，為最終獲得符合預(yù)期的近場(chǎng)輸出，往往需對(duì)光束近場(chǎng)進(jìn)行整形。此外，在高能量、高功率激光裝置中，在高通量運(yùn)行條件下，為避免前級(jí)光學(xué)元件中已存在局部損傷點(diǎn)的進(jìn)一步惡化并規(guī)避其對(duì)下游光路傳輸帶來(lái)的不利影響，需在光路中相應(yīng)位置處對(duì)光束進(jìn)行局部遮蔽，其本質(zhì)上仍屬于光束近場(chǎng)整形。

現(xiàn)有用于光束近場(chǎng)整形的光學(xué)器件，主要包括空間光調(diào)制器、數(shù)字微鏡、二元光學(xué)元件、軟邊光闌、光楔陣列、雙折射透鏡等(參考文獻(xiàn)：High-damage-threshold beamshaping using binary phase plates， Optics Letters，VOL.34，2330～2332，2009；High-quality near-field beam achieved in a high-power laser based on SLMadaptive beam-shaping system，Optics Express，Vol.23，681～689，2015)。其中，采用空間光調(diào)制器、數(shù)字微鏡等屬于可編程器件，原理上可靈活實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)整形效果，但其對(duì)應(yīng)損傷閾值較低，在高能量、高功率激光近場(chǎng)整形中的應(yīng)用受到一些限制；軟邊光闌、光楔陣列、雙折射透鏡等則通常只 適用于對(duì)特定的近場(chǎng)分布；采用光學(xué)介質(zhì)制備的二元光學(xué)元件，則對(duì)應(yīng)有高達(dá)數(shù)十J/cm²的損傷閾值，非常適用于高通量條件下激光的近場(chǎng)整形。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明人在長(zhǎng)期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼器件(簡(jiǎn)稱光柵編碼器件)具有與二元光學(xué)元件相當(dāng)?shù)母邠p傷閾值，但二者在光束整形原理上有所區(qū)別。其中，二元光學(xué)元件基于標(biāo)量衍射光學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)光束能量在不同衍射級(jí)次的分配，傳統(tǒng)二元光學(xué)元件對(duì)應(yīng)的刻蝕線寬通常在10μm量級(jí)。光柵編碼器件基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵的偏振分束效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光束能量在不同衍射級(jí)次的分配，器件對(duì)應(yīng)的刻蝕線寬僅在波長(zhǎng)量級(jí)。由于光柵編碼器件對(duì)應(yīng)的最小刻蝕線寬僅在亞波長(zhǎng)量級(jí)，即相比于二元光學(xué)元件，光柵編碼器件可在空域上實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)的光束近場(chǎng)整形效果。因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)提出一種基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼的光束近場(chǎng)整形方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于導(dǎo)模共振亞波長(zhǎng)光柵編碼的光束近場(chǎng)整形方法，包括以下步驟：

S1：在光束的傳輸光路中離軸放置光柵編碼器件，根據(jù)整形光束的期望輸出，對(duì)光柵編碼器件進(jìn)行編碼，光束經(jīng)光柵編碼器件透射后分束為0級(jí)衍射光束和-1級(jí)衍射光束，其中，0級(jí)衍射光束為整形光束的期望輸出，所述光束為線偏振光；

S2：所述0級(jí)衍射光束經(jīng)過(guò)光學(xué)濾波系統(tǒng)濾除高頻分量，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的近場(chǎng)整形。

優(yōu)選的，光柵編碼器件包括基底以及位于基底上的多個(gè)光柵，所述光柵為矩形光柵，且光柵背脊區(qū)域與基底采用相同的介質(zhì)材料制得。