作者:ISRAEL GROSSINGER, SHLOMIT KATZ, NATAN KAPLAN, and ALEX SKLIAR G8m:]! 文章来源:Laser Focus World激光聚焦世界http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-53/issue-09/features/diffractive-optics-how-ultrashort-laser-pulses-influence-beam-shaping-optics.html U!GG8;4 tMWDKatb 光学仿真工具可以全面剖析超短激光脉冲如何影响衍射光学元件的光束整形特性和能力。 g3p*OYf
~*Fbs! ;, 随着超短脉冲(USP)激光器(也称为超快激光器)在工业应用中变得越来越普遍,特别是当纳秒脉冲USP激光器被更快的飞秒器件取代,使用衍射光学元件(DOE)的光束整形应用变得更具挑战性。 LuM[*_8
w8|38m VirtualLab是由LightTrans International(Jena, Germany; www.lighttrans.com)开发的物理光学仿真工具,可以用于大多数DOE元件(包括分束器和光束整形器)的仿真,利用这款软件,我们在Holo / Or的团队研究了USP激光器对DOE功能的影响。研究发现尽管对于大多数光束整形器来说,DOE的影响可以忽略,但对于诸如基于光栅的DOE之类的大角度分束器,可以看到显著的且不期望的色散效果。 {b|:q>Be8 ]Zfg~K( 图1. 对于m = 1且输入光束直径为4 mm的涡旋透镜元件(a),对输入800 nm高斯脉冲得到的结果(b)和输入100 fs USP激光脉冲得到的结果(c)进行比较,没有明显差异。
tgu}^TfKkg DOE基础知识 T.1*32cX
p Rt=5WZ 对于许多应用而言,DOE可以用于产生一些传统的反射或折射光学元件无法达到的独特光学功能,在系统配置方面更加灵活。与折射解决手段相比,DOE具有很多优势,包括尺寸小、单个元件具有多种功能、角度精度高、厚度小和相比于折射解法时间色散较小等。 .t/XW++
D[.;-4"_ 操作原理非常简单:对于准直入射光束,输出光束以预先设计的分离角度和强度出射DOE,通过光束整形器,激光束被聚焦成设计好的尺寸和形状。 DOE的常见应用包括医疗系统、测量以及科学/研究应用——特别是DOE提供的激光束成形和均匀化技术对于材料加工至关重要1。 <2cl1Fb
we<m%pf 虽然DOE用途广泛,功能强大,但由于功能强烈依赖于光波波长2 ,其具有很高的色散效应。当使用USP激光器时,由于脉冲持续时间短,可能会产生异常的光谱特性,这一现象引起了人们的关注。由于工作波长不同于其标称值,USP的宽光谱范围会对使用DOE的光束整形产生影响,因此当使用一定范围的波段而不是单个波长时,需要预测整形光斑将如何变化。 Q:.q*I!D<4
+?xW%omy 根据傅里叶理论,时域中的脉冲持续时间越短,频域中的频谱宽度越大。这导致USP激光器呈现时间色散效应。对于中心波长为800nm的高斯脉冲,典型的脉冲展宽为Δλ= 1 nm,对应于1000 fs脉冲,Δλ= 10 nm对应于100 fs脉冲。 &