基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及波前校正技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高功率激光束的焦斑特性是影響其在高功率激光領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。焦斑 特性主要取決于聚焦前的光束波前相位分布，其中低頻相位畸變主要決定焦斑的主瓣，中 高頻相位畸變主要決定焦斑的旁瓣。高功率激光在傳輸過程中的中高頻相位畸變甚至有可 能引起小尺度自聚焦效應(yīng)從而導(dǎo)致光學(xué)元器件的破壞。到目前為止，低頻的波前校正主要 是利用變形鏡進(jìn)行校正，高頻的相位畸變可以利用傳統(tǒng)的空間針孔濾波器將其濾除，而中 頻的相位畸變既不能用變形鏡校正，又不能通過空間濾波小孔完全抑制，本發(fā)明因此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是提供一種基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)光 束中高頻相位畸變在光束的近場直接實(shí)現(xiàn)校正。
[0004] 基于上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0005] 基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，包括第一體布拉格光柵，入射光滿足布拉格條 件從所述第一體布拉格光柵前表面入射并從所述第一體布拉格光柵的后表面衍射出光。
[0006] 進(jìn)一步的，還包括第二體布拉格光柵，所述第二體布拉格光柵設(shè)置在所述第一體 布拉格光柵出射的衍射光一側(cè)，所述第一體布拉格光柵出射的衍射光從所述第二體布拉格 光柵前表面入射并從所述第二體布拉格光柵后表面衍射出光，所述第一體布拉格光柵與所 述第二體布拉格光柵的光柵矢量相互正交。
[0007] 進(jìn)一步的，所述第一體布拉格光柵和所述第二體布拉格光柵均為透射型光柵，且 所述第一體布拉格光柵和所述第二體布拉格光柵均為相位型光柵。
[0008] 進(jìn)一步的，所述第一體布拉格光柵和所述第二體布拉格光柵均米用光致熱敏折射 率玻璃制成。
[0009] 進(jìn)一步的，所述光致熱敏折射率玻璃為摻雜有鈰、銀及氟的硅酸鹽玻璃。
[0010] 進(jìn)一步的，所述第一體布拉格光柵和所述第二體布拉格光柵的柵線角度可調(diào)。
[0011] 本發(fā)明的工作原理為：當(dāng)入射光以布拉格條件入射體布拉格光柵時(shí)，光束中的中 高頻相位畸變會使得光束頻譜分布中出現(xiàn)相應(yīng)的旁瓣，利用體布拉格光柵的角選擇特性， 可以將這些相位畸變帶來的旁瓣有效降低，從而使得衍射光的波前特性得到優(yōu)化。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0013] 1、采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將入射光以布拉格條件入射至體布拉格光柵，利用體 布拉格光柵的角選擇特性降低光束中的中高頻相位畸變，從而對光束的中高頻相位畸變在 光束的近場實(shí)現(xiàn)校正，該波前校正結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，在高功率激光應(yīng)用中可以避免針孔空間 濾波器的堵孔效應(yīng)；
[0014] 2、采用本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案，光致熱敏折射率玻璃制備的體布拉格光柵，激 光誘導(dǎo)損傷閾值高，可承受l〇J/cm2的能量密度；
[0015] 3、采用本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案，可根據(jù)調(diào)諧光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)整體布拉格光柵 的波前校正能力，即不同角譜的衍射效率。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的 附圖。
[0017] 圖1為本發(fā)明基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是實(shí)際光束入射體布拉格光柵前后波前對比圖，光柵角選擇寬度為 1.30mrad，其中（a)和（b)表示初始光束的波前分布，（c)和（d)表示光束收到相位板調(diào)制 后的波前分布，（e)和（f)表示經(jīng)過兩塊光柵后的波前分布；
[0019] 圖3是實(shí)際光束的遠(yuǎn)場分布對比圖，其中圖（a)、（b)、（c)分別表示初始光束、調(diào)制 光束和衍射光束的遠(yuǎn)場分布；
[0020] 其中：
[0021] 1、入射光；2、第一體布拉格光柵；3、第二體布拉格光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做 進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0023] 參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，提供一種基于體全息器件的波前校正結(jié) 構(gòu)，其包括第一體布拉格光柵2,入射光1從第一體布拉格光柵2前表面入射后在第一體布 拉格光柵2的后表面衍射出光，當(dāng)入射光1以布拉格條件入射第一體布拉格光柵2時(shí)，體布 拉格光柵的角選擇特性，可以將光束中的中高頻相位畸變帶來的旁瓣有效降低，從而使得 衍射光的波前特性得到優(yōu)化。
[0024] 為了進(jìn)一步優(yōu)化本發(fā)明的實(shí)施效果，還包括第二體布拉格光柵3,該第二體布拉格 光柵3設(shè)置在第一體布拉格光柵2出射的衍射光一側(cè)，第一體布拉格光柵2出射的衍射光 從第二體布拉格光柵3的前表面入射并從第二體布拉格光柵3后表面衍射出光，第一體布 拉格光柵2與第二體布拉格光柵3的光柵矢量相互正交。
[0025] 上述第一體布拉格光柵2和第二體布拉格光柵3均為透射型光柵，且均為相位型 光柵，第一體布拉格光柵2和第二體布拉格光柵3均為均勾周期體光柵。
[0026] 第一體布拉格光柵2和第二體布拉格光柵3還可以為雙塊組合式的體布拉格光 柵，即每個(gè)體布拉格光柵由兩塊柵紋正交的子體光柵組合而成，兩塊子體光柵的光柵厚度 或周期可以不同。
[0027] 第一體布拉格光柵2和第二體布拉格光柵3均由光致熱敏折射率玻璃制備而成， 該光致熱敏折射率玻璃為摻雜有鈰、銀以及氟的硅酸鹽玻璃，普通全息材料（鹵化物銀感 光乳液、二色性凝膠、感光性樹脂等）在熱處理過程中會收縮，對于濕度也很敏感，不能承 受高功率激光輻照。
[0028] 布拉格光柵具有優(yōu)秀的布拉格選擇能力，即角度選擇性和光譜選擇性，以及較高 的衍射效率和激光損傷閾值，其入射角、衍射角、中心波長、角度（光譜）選擇性等參數(shù)，可 以通過改變光柵厚度、折射率調(diào)制度、光柵周期、光柵矢量傾斜角等光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)節(jié)。
[0029] 根據(jù)經(jīng)典Kogelnik耦合波理論，有吸收的相位型體布拉格光柵的衍射效率為：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 式中：K表不光柵矢量，與光柵周期成反比，d、叫和Φ分別表不光柵厚度，折射率 調(diào)制度和光柵矢量傾斜角，α為吸收系數(shù)，β表不入射光的波矢量，9。表不光柵的布拉格 角，ΑΘ表示偏離布拉格條件的角度量。由上述衍射公式可以指導(dǎo)體布拉格光柵結(jié)構(gòu)參數(shù) 的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)所需的衍射帶寬。
[0035] 參見圖2,是實(shí)際光束入射體布拉格光柵前后波前對比圖，光柵角選擇寬度為 1. 30mrad，其中圖2(a)和（b)表示初始光束的波前分布，圖2(c)和⑷表示光束收到相位 板調(diào)制后的波前分布，圖2(e)和（f)表示經(jīng)過兩塊光柵后的波前分布。可見經(jīng)過光柵衍射 后的波前畸變有明顯抑制。相應(yīng)的PV值和RMS值如表1所示。
[0036] 表1實(shí)際光束入射體布拉格光柵前后的PV值和RMS值
[0037]
[0038] 參見圖3,是實(shí)際光束的遠(yuǎn)場分布對比圖，其中圖3(a)、（b)、（c)分別表示初始光 束、調(diào)制光束和衍射光束的遠(yuǎn)場分布。原始光束的旁瓣處最大值為0. 11，經(jīng)相位板調(diào)制后， 調(diào)制光束遠(yuǎn)場分布有明顯的旁瓣出現(xiàn)，最大值為0. 14,后經(jīng)光柵衍射后，旁瓣最大值降為 0. 04,相應(yīng)的斯特列爾比和圍繞功率如表2所示，這說明光束的遠(yuǎn)場特性和聚焦特性得到 了改善。
[0039] 表2實(shí)際光束入射體布拉格光柵前后的斯特列爾比和圍繞功率
[0040]
[0041] 上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是 能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精 神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括第一體布拉格光柵（2)，入射光 (1) 滿足布拉格條件從所述第一體布拉格光柵（2)前表面入射并從所述第一體布拉格光柵 (2) 的后表面衍射出光。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：還包括第二 體布拉格光柵（3)，所述第二體布拉格光柵（3)設(shè)置在所述第一體布拉格光柵（2)出射的衍 射光一側(cè)，所述第一體布拉格光柵（2)出射的衍射光從所述第二體布拉格光柵（3)前表面 入射并從所述第二體布拉格光柵（3)后表面衍射出光，所述第一體布拉格光柵（2)與所述 第二體布拉格光柵（3)的光柵矢量相互正交。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一體 布拉格光柵（2)和所述第二體布拉格光柵（3)均為透射型光柵，且所述第一體布拉格光柵 (2)和所述第二體布拉格光柵（3)均為相位型光柵。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一體 布拉格光柵（2)和所述第二體布拉格光柵（3)均采用光致熱敏折射率玻璃制成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述光致熱 敏折射率玻璃為摻雜有鈰、銀及氟的硅酸鹽玻璃。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一體 布拉格光柵（2)和所述第二體布拉格光柵（3)的柵線角度可調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，包括第一體布拉格光柵(2)，入射光(1)滿足布拉格條件從所述第一體布拉格光柵(2)前表面入射并從所述第一體布拉格光柵(2)的后表面衍射出光。本發(fā)明提供的基于體全息器件的波前校正結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)光束中高頻相位畸變在光束的近場直接實(shí)現(xiàn)校正。
【IPC分類】G02B27/42, G02B5/32
【公開號】CN105425330
【申請?zhí)枴緾N201510946864
【發(fā)明人】袁孝, 高帆, 張翔
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月17日