基于體布拉格光柵的寬帶角選擇空間濾波研究.pdf

1、激光光束控制是高功率激光研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。在高功率激光裝置中，灰塵、鏡面上的加工瑕疵以及光學(xué)材料自身的不均勻都會(huì)在光束中引入振幅或相位調(diào)制，降低光束質(zhì)量。空間濾波器是提高光束質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)光束控制的主要方法之一。傳統(tǒng)針孔空間濾波器由于其聚焦原理會(huì)衍生出其他一些問題，包括等離子體堵孔效應(yīng)、空氣擊穿等，因此要求針孔濾波器具有龐大的體積和較高的環(huán)境真空度等。記錄在光熱敏折射率玻璃中的體布拉格光柵由于其具有較高的衍射效率和優(yōu)秀的布拉格選擇特性而被

2、廣泛應(yīng)用在近場(chǎng)角選擇空間濾波領(lǐng)域。角選擇空間濾波能夠在非聚焦的光束近場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的空間濾波，提高光束強(qiáng)度分布的均勻性。角選擇空間濾波器在實(shí)際激光裝置中應(yīng)用存在兩個(gè)問題:一是角選擇空間濾波器會(huì)使光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，難以實(shí)現(xiàn)即插即用;二是受體布拉格光柵光譜選擇性的制約，角選擇空間濾波器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大帶寬（數(shù)十納米）光束的濾波。針對(duì)上述問題，本論文提出一種可實(shí)現(xiàn)即插即用的寬帶角選擇濾波方案，能夠?qū)捀咧翑?shù)十納米的光束實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的空間濾波，為寬帶激光

3、的光束近場(chǎng)質(zhì)量控制提供了一個(gè)新的思路。本論文取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)分析了體布拉格光柵的衍射特性。研究了體布拉格光柵的角響應(yīng)帶寬與光譜響應(yīng)帶寬的關(guān)系，二者共同影響體布拉格光柵的衍射效率;提出同時(shí)增大體布拉格光柵的厚度和周期，可以在保證角響應(yīng)帶寬不變時(shí)獲得更大的光譜響應(yīng)帶寬;分析了基于體布拉格光柵的角選擇濾波適用范圍，并指出對(duì)于一定范圍內(nèi)的任意波長(zhǎng)都存在一個(gè)入射角度使得體布拉格柵的衍射效率最大。
　　(2)首次提出

4、了一種基于體布拉格光柵的寬帶角選擇空間濾波技術(shù)。利用面光柵的色散能力與體布拉格光柵的角度選擇能力，在保證角響應(yīng)帶寬的同時(shí)將光譜響應(yīng)帶寬提高至數(shù)十納米;基于矢量分析給出了光柵組合的匹配條件。研究結(jié)果表明，在可見光至近紅外波段，各個(gè)波長(zhǎng)成分均可被光柵組合高效衍射，實(shí)現(xiàn)良好的寬帶角選擇空間濾波。
　　(3)研究了寬帶光束經(jīng)寬帶角選擇空間濾波器的衍射特性。采用傅里葉方法與耦合波理論，分析了寬帶角選擇空間濾波器對(duì)有限口徑寬帶光束的空間濾波效

5、果。模擬結(jié)果表明，寬帶角選擇空間濾波器能夠?qū)⒐馐械闹懈哳l調(diào)制濾除，且理論設(shè)計(jì)時(shí)只需要考慮體布拉格光柵的角響應(yīng)帶寬。分析了面-體光柵失配對(duì)寬帶角選擇空間濾波器的輸出特性的影響。研究結(jié)果對(duì)于寬帶角選擇空間濾波器的實(shí)際應(yīng)用具有重要參考價(jià)值。
　　(4)開展了寬帶角選擇空間濾波器的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:光柵組合的輸出光束光譜帶寬可達(dá)到65 nm，當(dāng)面-體光柵周期失配量較小時(shí)可以通過旋轉(zhuǎn)體布拉格光柵補(bǔ)償輸出光束帶寬;在空域和頻域分析