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日本開發出高質量光束整形技術,可用于紫外至近紅外波段的各類激光器

  據麥姆斯咨詢報道,日本大阪大學(OsakaUniversity)的研究人員開發出一種技術:通過優化虛擬相位光柵,無需增加額外成本,即可提升傳統方法獲得的激光光束整形(laserbeamshaping)和波前的精度。該研究成果已發表于ScientificReports。

  高質量的方形平頂光束已被廣泛應用于各類領域,如均勻激光加工、醫學以及用于加速器與核聚變中超高強度激光應用等。光束形狀是實現激光潛在性能和效果的關鍵所在。然而,由于光束形狀和波前因激光變化而異,因此光束整形對于産生所需形狀以滿足各種需求來說至關重要。

  針對各類應用已經開發出了靜態和自適應光束整形方法。衍射光學元件(DOE)作爲一種靜態方法,其邊緣陡度和平坦度較低,光束整形後會發生波前形變。此外,計算機生成的全息圖(CGH)作爲一種典型的自適應方法,也存在同樣的困難。

  同時,研究者也開發出了一種自適應波束整形技術,采用在光學4F系統中傅裏葉平面上具有空間頻率濾波的空間光調制器(SLM)上編碼的相位光柵。該傳統方法是通過空間控制衍射效率,可在無波前形變下産生方形平頂光束。然而,由于提取和殘留分量在傅裏葉平面中有重疊,因此需要從提取分量中分離出高空間頻率(HSF)分量,從而限制所得到的光束形狀的平坦度和邊緣陡度。

  在本研究中,研究小組開發出一種高精度的通用光束整形技術,可用于從紫外到近紅外波段的各類激光器。

  這種方法利用虛擬對角相位光柵對傅裏葉平面中的殘留與提取分量進行空間分離,並通過使光柵向量kg不平行于所需光束剖面的法向量kx或ky來消除重疊;在傳統方案中,這些向量彼此相互平行。

  通過有效地利用只包含HSF的提取分量,實現了高分辨率的光束整形。獲得了所有角形平坦的高度均勻的平頂光束,從而將整形光束的邊緣高度抑制到20μm,小于傳統垂直相位光柵的20%。

  該論文的通訊作者YoshikiNakata說:“我們的方法可以通過提高分辨率和精度來優化光束形狀,這將爲基礎研究、制造和醫學工程等領域做出貢獻。在傳統光束整形系統中,只需改變空間頻率濾波器和編碼在SLM上的相位光柵,無需增加額外成本,即可顯著提高光束整形的精度。”

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