| infotek | 2021-12-24 09:03 |
衍射光學(xué)：超短激光脈沖如何影響光束整形光學(xué)隨著超短脈沖（USP）激光器（也稱為超快激光器）在工業(yè)應(yīng)用中變得越來(lái)越普遍，特別是當(dāng)納秒脈沖USP激光器被更快的飛秒器件取代，使用衍射光學(xué)元件（DOE）的光束整形應(yīng)用變得更具挑戰(zhàn)性。 VirtualLab是由LightTrans International(Jena, Germany; www.lighttrans.com)開發(fā)的物理光學(xué)仿真工具，可以用于大多數(shù)DOE元件（包括分束器和光束整形器）的仿真，利用這款軟件，我們?cè)贖olo / Or的團(tuán)隊(duì)研究了USP激光器對(duì)DOE功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)盡管對(duì)于大多數(shù)光束整形器來(lái)說(shuō)，DOE的影響可以忽略，但對(duì)于諸如基于光柵的DOE之類的大角度分束器，可以看到顯著的且不期望的色散效果。  圖1. 對(duì)于m = 1且輸入光束直徑為4 mm的渦旋透鏡元件（a），對(duì)輸入800 nm高斯脈沖得到的結(jié)果（b）和輸入100 fs USP激光脈沖得到的結(jié)果（c）進(jìn)行比較，沒有明顯差異。 DOE基礎(chǔ)知識(shí) 對(duì)于許多應(yīng)用而言，DOE可以用于產(chǎn)生一些傳統(tǒng)的反射或折射光學(xué)元件無(wú)法達(dá)到的獨(dú)特光學(xué)功能，在系統(tǒng)配置方面更加靈活。與折射解決手段相比，DOE具有很多優(yōu)勢(shì)，包括尺寸小、單個(gè)元件具有多種功能、角度精度高、厚度小和相比于折射解法時(shí)間色散較小等。 操作原理非常簡(jiǎn)單：對(duì)于準(zhǔn)直入射光束，輸出光束以預(yù)先設(shè)計(jì)的分離角度和強(qiáng)度出射DOE，通過(guò)光束整形器，激光束被聚焦成設(shè)計(jì)好的尺寸和形狀。 DOE的常見應(yīng)用包括醫(yī)療系統(tǒng)、測(cè)量以及科學(xué)/研究應(yīng)用——特別是DOE提供的激光束成形和均勻化技術(shù)對(duì)于材料加工至關(guān)重要1。 雖然DOE用途廣泛，功能強(qiáng)大，但由于功能強(qiáng)烈依賴于光波波長(zhǎng)2 ，其具有很高的色散效應(yīng)。當(dāng)使用USP激光器時(shí)，由于脈沖持續(xù)時(shí)間短，可能會(huì)產(chǎn)生異常的光譜特性，這一現(xiàn)象引起了人們的關(guān)注。由于工作波長(zhǎng)不同于其標(biāo)稱值，USP的寬光譜范圍會(huì)對(duì)使用DOE的光束整形產(chǎn)生影響，因此當(dāng)使用一定范圍的波段而不是單個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，需要預(yù)測(cè)整形光斑將如何變化。 根據(jù)傅里葉理論，時(shí)域中的脈沖持續(xù)時(shí)間越短，頻域中的頻譜寬度越大。這導(dǎo)致USP激光器呈現(xiàn)時(shí)間色散效應(yīng)。對(duì)于中心波長(zhǎng)為800nm的高斯脈沖，典型的脈沖展寬為Δλ= 1 nm，對(duì)應(yīng)于1000 fs脈沖，Δλ= 10 nm對(duì)應(yīng)于100 fs脈沖。 光束整形與分束 DOE產(chǎn)品有兩個(gè)主要系列：分束器和光束整形器。分束器是用于將單個(gè)激光束分成幾個(gè)具有不同能量水平和傳播角度光束的DOE。根據(jù)元件表面上的衍射圖案，分束器可以產(chǎn)生一維光束陣列（1×N）或二維光束矩陣（M×N）。光束分束器與單色光一起使用，并被設(shè)計(jì)用于特定的波長(zhǎng)和輸出光束之間的分離角。 | |