Управление поперечно-модовым составом терагерцового лазерного излучения с помощью элементов бинарной кремниевой оптики

Научная библиотека Комментариев к записи Управление поперечно-модовым составом терагерцового лазерного излучения с помощью элементов бинарной кремниевой оптики нет

Агафонов А.Н., Володкин Б.О., Кавеев А.К., Князев Б.А., Кропотов Г.И., Павельев В.С., Тукмаков К.Н.,Чопорова Ю.Ю. // Компьютерная оптика, 2014, том 38, №4, с: 763-769

Аннотация
Приведены результаты оптических экспериментов по формированию мод лазерного излучения из освещающего Гауссова пучка терагерцового лазера на свободных электронах (NovoFEL) с помощью бинарных кремниевых дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Исследования проводились на длине волны 141 мкм. Результаты оптических экспериментов находятся в соответствии с результатами компьютерного моделирования.

Описание на английском:

CONTROL OF TRANSVERSE MODAL SPECTRUM OF TERAHERTZ LASER IRRADIATION BY BINARY SILICON OPTICAL ELEMENTS
A.N. Agafonov, B.O. Volodkin, A.K. Kaveev, B.A. Knyazev, G.I. Kropotov, V.S. Pavelyev, K.N. Tukmakov, Yu.Yu. Choporova
Abstract
Experimental results on forming pre-given laser modes from an illuminating Gaussian beam of
a terahertz Novosibirsk Free Electron Laser (NovoFEL) at the wavelength of 141 µm by use of binary silicon diffractive optical elements are presented. The experimental results are in good agreement with the results of computer simulation.

Введение
Дифракционные оптические элементы (ДОЭ) нашли широкое применение в лазерных технологических установках и оптических приборах видимого и инфракрасного диапазонов [1].
В работах [2, 3] приведены результаты исследования ДОЭ, предназначенных для формирования мод лазерного излучения видимого и инфракрасного диапазонов – моданов. Показано [2, 3], что методы дифракционной оптики позволяют формировать пучки когерентного излучения практически произвольного поперечномодового состава. Создание дифракционных оптических элементов, формирующих пучки лазерного излучения заданного модового состава видимого и инфракрасного диапазонов, позволило решить ряд фундаментальных и прикладных задач [1]: формирование эталонных пучков, осуществление манипуляции микро- и наночастицами, повышение чувствительности волоконнооптических сенсоров. В [3] приведена аналогия между созданием моданов и предшествующим созданием монохроматоров и призм – появление монохроматоров и призм позволило экспериментально подтвердить существование продольного спектра оптического излучения: были показаны возможности экспериментального формирования пучков с заданным продольно-спектральным составом, а также разложения белого света по продольно-спектральным компонентам. Появление моданов позволило формировать эталонные пучки когерентного света с заданным поперечно-модовым составом и измерять парциальную мощность мод, входящих в состав освещающего пучка [3].
Отметим, однако, что применение моданов для управления поперечно-модовым составом излучения газовых [1, 3], твердотельных и полупроводниковых [1] лазеров позволяет получать пучки с заданным поперечно-модовым составом на длине волны, соответствующей одной из продольных мод лазера. Появление лазеров на свободных электронах открыло возможность получения когерентных пучков на заданной длине волны [4]. Таким образом, обладая возможностью создания элементов для формирования пучков с заданным поперечно-модовым составом и используя возможности лазера на свободных электронах, можно получать пучки когерентного излучения заданного модового состава с заданной длиной волны.
В [4] приведены результаты исследования нового источника лазерного терагерцового излучения – Новосибирского лазера на свободных электронах (NovoFEL). Известны результаты исследования кремниевых бинарных дифракционных линз [5, 6] и делителей пучка [6] для управления лазерным терагерцовым излучением. В [7] приведены результаты исследования кремниевого бинарного дифракционного фокусатора,
предназначенного для фокусировки Гауссова пучка терагерцового лазера в квадрат с равномерным распределением интенсивности.
В работе [8] приведены результаты формирования оптических вихрей терагерцового диапазона с помощью спиральной полимерной пластинки. В работе [9] разложение комплексной амплитуды по модовому базису Гаусса–Лагерра использовалось для анализа распространения пучка терагерцового излучения в свободном пространстве.
В данной работе приводятся первые результаты исследования бинарных кремниевых элементов, предназначенных для формирования одномодовых пучков (были выбраны моды Гаусса–Эрмита (1,0), Гаусса–Эрмита (1,1) и Гаусса–Лагерра (2,2)) из освещающего пучка лазера на свободных электронах.
Эксперименты были проведены при длине волны излучения ЛСЭ λ = 141 мкм. Прошедшее сквозь элемент излучение фокусировалось с помощью TPX (полимер Poly(4-methyl pentene-1)) линзы с f = 200 мм и регистрировалось с помощью матричного болометрического приёмника размером 320×240 элементов [11], перемещающегося вдоль оптической оси.
Для исследования фазовой структуры сформированных модовых пучков использовалась оптическая схема,
приведённая на рис. 5. Модан был установлен в одно из плеч интерферометра Маха–Цендера. Для записи интерферограмм использовалась комбинация термочувствительного люминесцентного экрана (ТЧЛЭ) из набора экранов Macken Instruments, Inc и камеры видимого диапазона. Люминесцентный экран, освещаемый ртутной лампой, люминесцировал в оранжевой области спектра. Падающее терагерцовое излучение нагревало экспонируемые области экрана, и интенсивность люминесценции в нагретых областях падала пропорционально росту локальной температуры. Люминесцентный экран имеет относительно низкую чувствительность к терагерцовому излучению, но размер экрана 76×76 мм позволяет записать полнуюдифракционную картину.

Заключение
Эксперименты показали принципиальную возможность применения бинарных дифракционных элементов для формирования Гауссовых мод из пучка терагерцового излучения лазера на свободных электронах.
Повысить качество формирования заданного распределения в сечении формируемого модового пучка
можно с помощью обобщённого метода кодирования Кирка–Джонса.

Полное содержание статьи: http://www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KO38-4/380428.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