Исследование фокусировки в близкорасположенные световые пятна при освещении дифракционных оптических элементов коротким импульсным лазерным пучком

Научная библиотека Комментариев к записи Исследование фокусировки в близкорасположенные световые пятна при освещении дифракционных оптических элементов коротким импульсным лазерным пучком нет

Хонина С.Н., Дегтярев С.А., Порфирьев А.П., Моисеев О.Ю., Полетаев С.Д., Ларькин А.С., Савельев-Трофимов А.Б. // Компьютерная оптика, 2015, том 39, №2, с: 187-196

Аннотация
Выполнено сравнительное численное исследование формирования в фокальной плоскости близкорасположенных световых пятен с помощью дифракционной решётки и бинарных оптических элементов, согласованных с модами Эрмита–Гаусса. Показано, что при низких индексах мод обеспечивается хорошее качество формирования световых пятен и относительная устойчивость к хроматической дисперсии. Эксперименты с импульсным и перестраиваемым лазерами показали перспективность использования фазовых оптических элементов, согласованных с модами ТЕМ(1,0) и ТЕМ(1,1), для фокусировки в набор близкорасположенных световых пятен.

Описание на английском языке:

STUDY OF FOCUSING INTO CLOSELY SPACED SPOTS VIA ILLUMINATING A DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT BY A SHORT-PULSE LASER BEAM
S.N. Khonina1,2, S.A. Degtyarev1,2, A.P. Porfirev1,2, O.Yu. Moiseev1,2, S.D. Poletaev1,2, A.S. Larkin, A.B. Savelyev-Trofimov
1 Image Processing Systems Institute, Russian Academy of Sciences,
2 Samara State Aerospace University,
3 Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University

Abstract
We perform a comparative numerical study of the formation of closely spaced focal spots in the focal plane with diffraction gratings and binary optical elements matched with the HermiteGaussian modes. It is shown that low-index modes provide the generation of good-quality focal spots and relative tolerance to chromatic dispersion. Experiments with pulsed and tunable lasers have shown that phase optical elements matched with TEM(1,0) and TEM(1,1) modes show promise for creation of arrays of closely spaced focal spots.

Введение
Одним из важнейших достижений лазерных технологий является возможность генерации очень коротких лазерных импульсов, которые нашли широкое применение в обработке материалов, формировании микроструктур, управлении потоком заряженных частиц [1 – 7].
На данный момент разработано множество методов управления временной формой лазерных импульсов, однако в приложениях, основанных на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, не менее важным является пространственная структура лазерного пучка. Классические элементы (линзы и зеркала) [8, 9] предлагают довольно скромные возможности в управлении пространственной структурой лазерного пучка. Интерференционные схемы [10 – 12] также позволяют формировать только определённые наборы периодических структур.

Наиболее широкий спектр пространственных преобразований лазерного излучения обеспечивают средства дифракционной оптики [13, 14]. Чаще всего используются дифракционные решётки и пространственные модуляторы света (spatial light modulator, SLM) [15 – 20]. При всех динамических достоинствах пространственные модуляторы проигрывают дифракционным оптическим элементам по эффективности и разрешению.
Однако структура дифракционных элементов такова, что изготовленный микрорельеф является оптимальным для монохроматического излучения.

Спектральная дисперсия, сопровождающая короткие лазерные импульсы, приводит к потере качества формируемого пространственного распределения.
Для предотвращения такого эффекта предлагаются различные методы, в частности, использование двух фокусирующих элементов – ифракционного и рефракционного [15] или двух дифракционных элементов – рассеивающего и фокусирующего [21]. Также используются более сложные компенсаторы хроматизма в виде гибридных дифракционно-рефракционных линзовых систем [22, 23]. В то же время в работе [24] было показано, что фазовые дифракционные элементы, согласованные с модами лазерного излучения, довольно устойчивы к отклонению длины волны используемого излучения от оптимальной для изготовленного микрорельефа длины волны.

В данной работе мы сравниваем формирование в фокальной плоскости близкорасположенных световых пятен с помощью дифракционной решётки и дифракционных оптических элементов (ДОЭ), согласованных с модами Эрмита–Гаусса (ЭГ). При этом осоое внимание уделяется влиянию хроматической дисперсии на искажение фокальной картины.

Моделирование

В данном разделе на основе численного моделирования исследуется влияние отклонения длины волны излучения от базовой, использованной при расчёте высоты рельефа дифракционной решётки и формирователя мод ЭГ.

Для генерации излучения заданной длины волны был использован перестраиваемый лазер с диодной накачкой NT200 фирмы EKSPLA. Светофильтр F был использован для ослабления выходного пучка лазера.
Система из микрообъектива MO (40×, NA= 0,6), линзы L1 (f1 = 150 мм) и пинхола PH (размер отверстия – 40 мкм) была использована для повышения качества лазерного пучка за счёт осуществления высокочастотной пространственной фильтрации. Также это позволяло произвести расширение пучка, для того чтобы он полностью перекрывал ДОЭ.

Изучение формирования мод Эрмита–Гаусса при использовании фемтосекундного лазерного излучения

В экспериментах в качестве источника лазерного излучения использовалась фемтосекундная лазерная система МЛЦ МГУ на кристалле Ti:Sa (длина волны – 800 нм, длительность импульса – 50 фс, энергия импульса – до 100 мДж, частота повторения – 10 Гц, контраст на наносекундном масштабе – 5×10–8) [35]. В данных экспериментах энергия импульса не превышала 1 мДж. Диаметр исходного пучка составлял ~7 мм.
Параметр качества пучка M2 составлял ~1,2. На рис. 13 приведена принципиальная схема эксперимента.
В ходе эксперимента прозрачная фазовая пластина из плавленого кварца 1 (толщиной 3 мм) устанавливалась в пучок либо после компрессора 2 (для формирования моды использовался фемтосекундный импульс), либо перед компрессором (сформированная мода проходила через компрессор).

Полное содержание статьи: http://www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KO39-2/390207.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top