[发明专利]低截止频率混合空间滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及光学滤波技术领域，特别是涉及一种兼具角度选择滤波能力和低截止频率、低频损耗率的低截止频率混合空间滤波器。

背景技术

激光的高相干性使得其对各种空间干扰很敏感，各类干扰所导致的衍射会降低激光的空间均匀性。在先进激光装置领域，小尺度自聚焦效应成为影响光束近场质量的主要原因，严重研制了先进激光装置的负载能力。提高激光的近场均匀性有助于提高先进激光装置的负载能力。

在先进激光装置研制的近四十年内，尽管各类光学元器件的损伤阈值不断提高，各类光束控制技术的日趋完善，并且随着相关主动补偿技术的引入，光束近场分布均匀性也不断提高，使得先进激光装置的负载能力有了较大提高，如美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室已将Nova装置的2J/cm2/3ω/3ns提高到7J/cm2/3ω/3ns。但损伤问题仍然是困扰装置稳定运行以及负载能力进一步提高的“瓶颈”问题之一。空间滤波器是必不可少的关键器件。基于傅里叶变换原理的传统空间滤波器（“4f”系统）是最常用的滤波器。它首先对光束聚焦，利用透镜的傅里叶变换作用分开激光中不同的空间频率成分，空间频率高的发散角大，然后利用针孔（或单模光纤）选取所需的角谱分量，去除有害光噪音。聚焦光斑大小由透镜焦距、入射光波长口径、波长以及发散角决定，针孔直径控制滤波的程度，实现低通空间滤波。

现已建成的先进激光装置中，采用的是传统的空间滤波器。其存在一个无法解决的矛盾，为了获得足够好的滤波效果，空间滤波器的小孔通常都很小；但是由于入射激光束本身的发散角以及空间调制，使得光束远场分布存在明显的“裙边”区域，这些“裙边”区域与小孔边缘作用发生“赌孔效应”，因此严重限制了小孔的直径设计，直接导致空间滤波器滤波能力下降。

只有当入射光束的发散角极小，且空间分布更均匀时，才能减小远场分布的裙边区域，从而解决传统空间滤波器的固有缺陷。本发明的低截止频率混合空间滤波器正是利用体布拉格光栅优秀的角度选择特性，可以极大减小光束的发散小，同时将光束中的大部分空间调制滤除，以此提高空间滤波器的入射光质量，帮助聚焦透镜获得更好的光束远场分布。降低小孔尺寸，使空间滤波器获得更小的截止频率，提高滤波能力。

基于布拉格体光栅的传统空间滤波器优化技术可以有效地消除中高频调制对光束的影响、降低传统空间滤波器的截止频率和低频损耗率，有效控制放大自发辐射的传输以及激光的近场光束分布，极大地提高系统的可靠性，降低装置的体积和成本，是当今激光技术发展的主要单元技术之一，对于促进先进激光技术的发展具有重要的意义。

国内可见一种体全息光栅整形装置，其用途是对超短脉冲激光束进行整形（中国专利200610024096.0）；可见一种窄带光滤波器，由一块透射式体布拉格光栅和一块反射式体布拉格光栅组合而成的公开专利报道（中国专利200910089834.3），获得皮米量级激光输出；可见一种高功率激光衍射型空间滤波器，使用了分离式体积布拉格光栅或双片集成式光栅的公开专利报道（中国专利200910312157.7）。可见一种超短脉冲激光滤波装置，由同光轴依次设置的第一1/4波片、第一正透镜、小孔光阑、非线性正色散透明固体材料、第二正透镜、第二1/4波片和检偏器构成，所述非线性正色散透明固体材料为BK7玻璃的公开专利报道（中国专利200710038661.3）。可见国防科技大学光电科学与工程学院郑光威等人发表的公开文献报道（郑光威，何焰蓝等,“透射型体相位光栅对连续激光束的空间低通滤波”,《光学学报》，2009年29卷第4期；郑光威，刘莉等,“透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究”，《光学学报》，2009年29卷第1期；郑光威，谭吉春等，“反射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性分析”，《光学学报》，2009年第12期）研究了体相位光栅对激光的衍射特性，这与应用体光栅制作成滤波器有关联性；可见用于实现空间滤波的体布拉格光栅的制备，用全息法在光致聚合物中记录了体布拉格光栅，完成了激光光束二维空间低通滤波的实验的公开文献报道（郑浩斌，何焰蓝等，“用于实现空间滤波的体布拉格光栅的制备”，《光电工程》，2009年第1期）。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种低截止频率混合空间滤波器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的传统空间滤波器截止频率难以降低，低频损耗率较高，且易发生堵孔效应、反馈以及光路偏移现象，提供一种兼具低截止频率和低频损耗率的低截止频率混合空间滤波器。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：