Kvaliteten af ​​laserstråleformning kan forbedres uden ekstra omkostninger

Forskere fra Osaka University har udviklet en teknik til at forbedre nøjagtigheden af ​​laserstråleformning og bølgefront opnået ved konventionelle metoder uden ekstra omkostninger ved at optimere virtuelle fasegitter. Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

En firkantet flad bjælke af høj kvalitet er efterspurgt til forskellige felter, såsom ensartet laserbehandling og medicin, samt ultrahøj intensitet laserapplikationer til acceleratorer og nuklear fusion. Stråleformen er nøglen til at realisere laserens potentielle evner og effekter. Imidlertid, da stråleform og bølgefront varierer efter laser, stråleformning er afgørende for at producere de ønskede former for at reagere på forskellige behov.

Statiske og adaptive stråleformningsmetoder er blevet udviklet til forskellige applikationer. Med Diffractive Optical Element (DOE) som en statisk metode, kantstejlhed og fladhed er lav, og bølgefronten bliver deformeret efter formning. (Figur 1 (a)) Derudover computergenereret hologram (CGH) som en typisk adaptiv metode har de samme vanskeligheder.

I mellemtiden en adaptiv stråleformningsteknik, der bruger fasegitter kodet på en rumlig lysmodulator (SLM) med rumlig frekvensfiltrering i Fourier-planet i et 4f-system, blev udviklet. (Figur 2 (a)) Denne konventionelle metode genererer en firkantet fladtopstråle ved rumlig at kontrollere diffraktionseffektiviteten uden at deformere bølgefronten. Imidlertid, fordi de ekstraherede og resterende komponenter overlapper hinanden i Fourier-planet, det var nødvendigt at skære den høje rumlige frekvens (HSF) komponent fra den ekstraherede komponent, begrænser planheden og kantstejlheden af ​​den resulterende bjælkeform. (Figur 1 (b))

I dette studie, gruppen udviklede en universel stråleformningsteknik med høj nøjagtighed, som kan bruges til forskellige lasere fra ultraviolet til nær-infrarødt domæne.

Denne metode adskiller de resterende og ekstraherede komponenter i Fourier-planet rumligt ved at bruge et virtuelt diagonalt fasegitter (figur 2(b)) og fjerner overlapning ved at lave gittervektoren, kg, ikke-parallelle med de normale vektorer, kx eller ky, af den ønskede bjælkeprofil, som er parallelle med hinanden i den konventionelle ordning.

Ved effektivt kun at bruge ekstraherede komponenter, der indeholder HSF-komponenter, stråleformning ved høj opløsning blev opnået. Dette muliggjorde en meget ensartet flad bjælke af enhver hjørneform uden krusninger, undertrykkelse af kanten af ​​den formede bjælke til en højde på 20 μm, hvilket er mindre end 20 % af det, der opnås med konventionelt lodret fasegitter.

Den korresponderende forfatter Yoshiki Nakata siger, "Vores metode, som giver mulighed for optimering af stråleformning ved at forbedre opløsning og nøjagtighed, vil bidrage til et bredt felt, herunder grundforskning, fremstilling og medicinsk teknik. I konventionelle stråleformningssystemer, stråleformningsnøjagtigheden kan forbedres markant uden ekstra omkostninger blot ved at ændre det rumlige frekvensfilter og fasegitteret kodet på en SLM."