[发明专利]一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法

说明书

本发明涉及一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法，属于光束近场整形技术领域，在光束的传输光路中离轴放置光栅编码器件，根据整形光束的期望输出，对光栅编码器件进行编码，光束经光栅编码器件透射后分束为0级衍射光束和－1级衍射光束，所述光束为线偏振光，所述0级衍射光束经过光学滤波系统滤除高频分量，实现对光束的近场整形，本发明通过在光路中放置导模共振亚波长光栅编码器件，在空域上调控光场在不同衍射级次上的能量分配比例，光栅编码器件可采用光栅刻蚀角度编码或光栅刻蚀面积编码方式，通过后续联接光学滤波系统，仅保留0级衍射光束的低频分量，实现对线偏振光束的近场整形。

技术领域

本发明属于光束近场整形技术领域，具体地说涉及一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法。

背景技术

在高能量、高功率激光研究及其相关应用领域，对于光束近场强度分布通常具有较高要求，相应地衍生出了光束近场整形的实际需求。例如，为了精确测量相关装置中大口径光学元件的激光损伤阈值，需提供光强分布较为均匀的测试光束；为了保障高能量、高功率激光装置的安全稳定运行，需严格控制光束近场强度分布的调制度，以避免小尺度自聚焦引起的光学元件损伤；激光系统中放大光路模块对应的增益通常为空间非均匀分布，为最终获得符合预期的近场输出，往往需对光束近场进行整形。此外，在高能量、高功率激光装置中，在高通量运行条件下，为避免前级光学元件中已存在局部损伤点的进一步恶化并规避其对下游光路传输带来的不利影响，需在光路中相应位置处对光束进行局部遮蔽，其本质上仍属于光束近场整形。

现有用于光束近场整形的光学器件，主要包括空间光调制器、数字微镜、二元光学元件、软边光阑、光楔阵列、双折射透镜等(参考文献：High-damage-threshold beamshaping using binary phase plates， Optics Letters，VOL.34，2330～2332，2009；High-quality near-field beam achieved in a high-power laser based on SLMadaptive beam-shaping system，Optics Express，Vol.23，681～689，2015)。其中，采用空间光调制器、数字微镜等属于可编程器件，原理上可灵活实现各种光学整形效果，但其对应损伤阈值较低，在高能量、高功率激光近场整形中的应用受到一些限制；软边光阑、光楔阵列、双折射透镜等则通常只 适用于对特定的近场分布；采用光学介质制备的二元光学元件，则对应有高达数十J/cm²的损伤阈值，非常适用于高通量条件下激光的近场整形。

发明内容

发明人在长期实践中发现：导模共振亚波长光栅编码器件(简称光栅编码器件)具有与二元光学元件相当的高损伤阈值，但二者在光束整形原理上有所区别。其中，二元光学元件基于标量衍射光学原理，实现光束能量在不同衍射级次的分配，传统二元光学元件对应的刻蚀线宽通常在10μm量级。光栅编码器件基于导模共振亚波长光栅的偏振分束效应，实现光束能量在不同衍射级次的分配，器件对应的刻蚀线宽仅在波长量级。由于光栅编码器件对应的最小刻蚀线宽仅在亚波长量级，即相比于二元光学元件，光栅编码器件可在空域上实现更为精细的光束近场整形效果。因此，针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于导模共振亚波长光栅编码的光束近场整形方法，包括以下步骤：

S1：在光束的传输光路中离轴放置光栅编码器件，根据整形光束的期望输出，对光栅编码器件进行编码，光束经光栅编码器件透射后分束为0级衍射光束和-1级衍射光束，其中，0级衍射光束为整形光束的期望输出，所述光束为线偏振光；

S2：所述0级衍射光束经过光学滤波系统滤除高频分量，实现对光束的近场整形。

优选的，光栅编码器件包括基底以及位于基底上的多个光栅，所述光栅为矩形光栅，且光栅背脊区域与基底采用相同的介质材料制得。