一種高精度的通用光束整形技術(shù)，可用于從紫外到近紅外波段的各類激光器

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，日本大阪大學(xué)（Osaka University）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)：通過(guò)優(yōu)化虛擬相位光柵，無(wú)需增加額外成本，即可提升傳統(tǒng)方法獲得的激光光束整形（laser beam shaping）和波前的精度。該研究成果已發(fā)表于Scientific Reports。

高質(zhì)量的方形平頂光束已被廣泛應(yīng)用于各類領(lǐng)域，如均勻激光加工、醫(yī)學(xué)以及用于加速器與核聚變中超高強(qiáng)度激光應(yīng)用等。光束形狀是實(shí)現(xiàn)激光潛在性能和效果的關(guān)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(duì)于產(chǎn)生所需形狀以滿足各種需求來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

針對(duì)各類應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了靜態(tài)和自適應(yīng)光束整形方法。衍射光學(xué)元件（DOE）作為一種靜態(tài)方法，其邊緣陡度和平坦度較低，光束整形后會(huì)發(fā)生波前形變。此外，計(jì)算機(jī)生成的全息圖（CGH）作為一種典型的自適應(yīng)方法，也存在同樣的困難。

同時(shí)，研究者也開(kāi)發(fā)出了一種自適應(yīng)波束整形技術(shù)，采用在光學(xué)4F系統(tǒng)中傅里葉平面上具有空間頻率濾波的空間光調(diào)制器（SLM）上編碼的相位光柵。該傳統(tǒng)方法是通過(guò)空間控制衍射效率，可在無(wú)波前形變下產(chǎn)生方形平頂光束。然而，由于提取和殘留分量在傅里葉平面中有重疊，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(kāi)發(fā)出一種高精度的通用光束整形技術(shù)，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(duì)角相位光柵對(duì)傅里葉平面中的殘留與提取分量進(jìn)行空間分離，并通過(guò)使光柵向量kg不平行于所需光束剖面的法向量kx或ky來(lái)消除重疊；在傳統(tǒng)方案中，這些向量彼此相互平行。

通過(guò)有效地利用只包含HSF的提取分量，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)垂直相位光柵的20%。

該論文的通訊作者Yoshiki Nakata說(shuō)：“我們的方法可以通過(guò)提高分辨率和精度來(lái)優(yōu)化光束形狀，這將為基礎(chǔ)研究、制造和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。在傳統(tǒng)光束整形系統(tǒng)中，只需改變空間頻率濾波器和編碼在SLM上的相位光柵，無(wú)需增加額外成本，即可顯著提高光束整形的精度?！?/p>