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)麥姆斯咨詢報道，日本大阪大學(xué)（Osaka University）的研究人員開發(fā)出一種技術(shù)：通過優(yōu)化虛擬相位光柵，無需增加額外成本，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度激光應(yīng)用等。光束形狀是實現(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，因此光束整形對于產(chǎn)生所需形狀以滿足各種需求來說至關(guān)重要。

針對各類應(yīng)用已經(jīng)開發(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，光束整形后會發(fā)生波前形變。此外，計算機生成的全息圖（CGH）作為一種典型的自適應(yīng)方法，也存在同樣的困難。

同時，研究者也開發(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)方法是通過空間控制衍射效率，可在無波前形變下產(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角相位光柵對傅里葉平面中的殘留與提取分量進行空間分離，并通過使光柵向量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(tǒng)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(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：“我們的方法可以通過提高分辨率和精度來優(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。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，無需增加額外成本，即可顯著提高光束整形的精度?！?/p>