專利名稱：濾波裝置及抑制等離子體堵孔和減弱激光燒蝕效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾波裝置，特別是一種用于改善高功率激光器的輸出光束質(zhì)量的空間低通濾波裝置。
背景技術(shù)：
在高功率激光系統(tǒng)中，針孔空間濾波器是改善光束質(zhì)量必不可少的器件。但是，激光束在針孔附近聚焦，對光闌產(chǎn)生燒蝕效應(yīng)。強激光激發(fā)的等離子體產(chǎn)生堵孔效應(yīng)，對激光器提升輸出功率起阻礙作用。美國國家點火裝置中，單路激光的能量不低于20千焦耳(IOns級)?？臻g濾波器的光闌直徑典型值1. 2-6mm、透鏡焦距> 900cm，采用圓錐形針孔減輕激光對光闌的燒蝕程度、并抑制等離子體堵孔效應(yīng)(James Ε.，Murray, David Milam et al, Spatial filter pinhole development for the National Ignition Facility, Vol.39, No. 9, APPLIED 0PTICS20, P1405 2000)。俄國應(yīng)用物理研究所通過合理選擇焦距和優(yōu)化針孔的形狀，提高空間針孔濾波器可承載的功率。例如，優(yōu)化設(shè)計的針孔濾波器可承載300焦耳(1納秒級)激光。針孔直徑約Imm,濾波帶寬3-4倍衍射極限(A. K. Potemkin, Τ. V. Barmashova et al, Spatial filters for high-peak-power multistage laser amplifiers, APPLIED OPTICS, Vol. 46，No. 20，P4423, 2007)。中國工程物理研究院報道光闌錐形孔優(yōu)于平面孔，使用高Z值(atomic number Ζ)材料能有效減少等離子體濺射物。錐形孔內(nèi)等離子體需要更長的時間擴(kuò)散到小孔中心， 使得堵孔和濾波的矛盾被有效化解(張鑫，代萬俊等，高功率激光系統(tǒng)空間濾波小孔等離子體特性，強激光與粒子束，Vol. 22，No. 12，P2921,2010)。以上文獻(xiàn)報道的改進(jìn)空間濾波器的措施，均使用“球面透鏡+針孔光闌”的構(gòu)形， 透鏡的焦斑呈圓形。從理論角度看，針孔(圓形通光孔徑)的直徑越小、角譜低通濾波的效果越好。而從實驗角度看，針孔光闌是進(jìn)一步提升濾波器可承載激光功率的瓶頸。專利200910312157. 7提供一種避免等離子體堵孔的方法，其衍射型空間濾波器中無透鏡、激光束不聚焦，且無針孔光闌，從而排除了強光燒毀濾波器件的可能性。但其光軸是一條BCDEF折線，而某些激光器需要濾波器具有直線光軸。該濾波器中，體積光柵具有分層結(jié)構(gòu)，但沒有采用相移和切趾相結(jié)合的方法抑制角譜的旁瓣、使得該裝置的波長選擇性和角譜選擇性指標(biāo)難以兼優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容
傳統(tǒng)針孔濾波器中，球面透鏡使激光聚焦，在針孔光闌處形成焦斑主瓣、旁瓣。在低功率運行條件下，聚焦光斑對光闌的損傷可以忽略不計。在吉瓦級高功率運行條件下， “球面透鏡+針孔光闌”的不合理性體現(xiàn)在(1)在焦斑主瓣的功率密度高于5GW/cm2的條件下，容易引發(fā)等離子體濺射、堵孔效應(yīng)；(2)針孔通光面積較小，焦斑旁瓣造成光闌材料的燒蝕效應(yīng)。
本發(fā)明的目的之一，是在不用球面透鏡聚焦、不用針孔(圓形)光闌的前提下，獲得與傳統(tǒng)針孔空間濾波器相同的濾波效果。本發(fā)明的另一個目的，是用雙焦斑透鏡、橢圓形 (條形)光闌(以及相移-切趾型體積光柵、折射-衍射光學(xué)元件和配套技術(shù))，抑制等離子體堵孔效應(yīng)、減弱會聚光束對光闌的燒蝕效應(yīng)，使得新型空間濾波器的功率承載能力高于同尺寸的針孔濾波器；例如，使新型濾波器低通角譜寬度不大于150微弧度、可承載的激光功率密度不小于5GW/cm2 (波長1微米量級，脈沖寬度0. I-IOns)。本發(fā)明提供一種空間低通濾波裝置，包括無焦斑濾波部件、激光增益介質(zhì)、雙焦斑濾波部件、輸入-脈沖展寬部件、脈沖壓縮-輸出部件；裝置的第一種布局為在裝置上部的水平直線光軸上，自左往右安放無焦斑濾波部件、激光增益介質(zhì)和雙焦斑濾波部件；在裝置的左下角，即無焦斑濾波部件的下方，安放輸入-脈沖展寬部件；在裝置的右下角，即雙焦斑濾波部件的下方，安放脈沖壓縮-輸出部件。第二種布局是雙焦斑濾波部件與激光增益介質(zhì)串聯(lián)組成可獨立運行的濾波器件，或無焦斑濾波部件與激光增益介質(zhì)串聯(lián)組成可獨立運行的濾波器件。各部件的結(jié)構(gòu)特征為無焦斑濾波部件(b)的內(nèi)部自左往右放置1塊用于鉛直面濾波的體積光柵、1個半波片和1塊用于水平面濾波的體積光柵；所述體積光柵為相移-切趾型，利用布喇格衍射 (反射)效應(yīng)抑制角譜的旁瓣。激光增益介質(zhì)(c)是片狀或棒狀透明介質(zhì)，其對角線(或直徑)為10mm-500mm。雙焦斑濾波部件(d)的內(nèi)部安放2個“衍射-折射組合透鏡”或者2個“全息透鏡”，2個透鏡之間有2至3個光闌；上述兩種透鏡的共同特點是①具有雙焦距(且焦距 f Φ f2)、使平行光束會聚成兩個扁橢圓或條形焦斑(橫向、豎向焦斑的位置錯開)，②用擴(kuò)大焦斑面積和二元光學(xué)消像差的方法減弱會聚光束引起的燒蝕效應(yīng)、抑制等離子體堵孔效應(yīng)；所述3個光闌起選通激光角譜低頻分量、阻擋高頻分量的作用。在輸入-脈沖展寬部件(a)內(nèi)部，入射光路呈“一”形激光沿水平光軸入射，自左往右順次通過半波片、分束器、四分之一波片和變周期光柵；激光沿水平光軸向右傳播，從密紋表面(沿法線方向)照射光柵；被光柵所反射的激光的脈沖寬度被展寬，出射光路呈 “ ！_，，形，所述分束器位于光路的交叉點，分束器上方安放了 1塊平面反射鏡，該平面反射鏡把激光傳入無焦斑濾波部件(b)。在脈沖壓縮-輸出部件(e)內(nèi)部，用平面反射鏡接收來自雙焦斑濾波部件(d)的光束；入射光路呈“」，，形，沿鉛直光軸自上往下順次安放平面反射鏡、四分之一波片、半波片和分束器；所述分束器位于光路交叉點，分束器左側(cè)安放1塊四分之一波片和1塊變周期光柵；激光沿水平光軸向左傳播、從疏紋表面(沿法線方向)照射光柵，被光柵反射的激光向左傳播、出射光路呈“一”形。該脈沖的寬度被壓窄，在無焦斑濾波部件(b)中，兩塊體積光柵具有相同的結(jié)構(gòu)，均為相移-切趾型；外形為長方或圓形玻璃基片，內(nèi)部分為三層。中間層是均勻透明材料基片，產(chǎn)生的相移量(雙程)大于等于90°、小于等于270°，其厚度t滿足公式(I)Φ = ( Φ「Φ 3) +2 31 (L/ Λ -2n0t/ λ 0) = (Ν+1) π，(N 是正整數(shù))(I)第一、第三層是起濾波作用的相移-切趾型子光柵，其光柵矢量Ktll和Ktl3的取向相互平行，且周期Λ對入射激光波長λ ^滿足布喇格衍射(反射)條件；用儒格特(RUGATE)薄膜工藝制備子光柵，使其柵紋折射率Iii(Hy)沿Z軸的分布滿足公式(II)Iii (ζ, X，y) = nQ+P (ζ) · cos(ζ。)] (II)以上兩公式中，Φ是相位光柵的總相移量，Φ工是第一層子光柵的柵紋初位相，Φ3 是第三層子光柵的柵紋初位相，L是子光柵的厚度，A是子光柵的周期或周期平均值，nQ是光柵材料的平均折射率，njny)表示折射率分布，x-y-z坐標(biāo)系的Z軸與光柵表面垂直， Z = O為子光柵的左邊界面的位置。K表示光柵矢量(例如，子光柵Ktll和KJ。i = l表示第一層子光柵；i = 3表示第三層子光柵。Φ (ζ0)表示初始相位。P(Z)表示折射率沿Z軸的變化。所述切趾是指P (ζ)為高斯函數(shù)以及附加修正量的高斯函數(shù)，或者P (ζ)為正弦函數(shù)以及附加修正量的正弦函數(shù)，或者P(Z)為漸變周期均勻折射率調(diào)制函數(shù)；相移、切趾產(chǎn)生的效果，是抑制角譜選擇性曲線的旁瓣、減弱強光對光闌的燒蝕效應(yīng)。在雙焦斑濾波部件(d)中，“衍射-折射組合透鏡”分為三種(1)由四個分離的器件組合而成，所述四個器件為水平取向的1個柱形透鏡和1個二元光學(xué)元件、鉛直取向的1 個柱形透鏡和1個二元光學(xué)元件，該四個器件沿直線按任意順序排列；( 水平取向的二元光學(xué)元件被制作在水平取向柱形透鏡的一個表面上，鉛直取向的二元光學(xué)元件被制作在鉛直取向柱形透鏡的一個表面上；C3)水平取向的平凸柱形透鏡的平面與鉛直取向的平凸柱形透鏡的平面重疊，即兩個柱形透鏡被制作成一個整體，水平、鉛直取向的二元光學(xué)元件放置在該整體器件的兩側(cè)。所述柱形透鏡的曲面是消像差柱面、雙曲面、高次非球面之一，或者是等厚透明材料的折射率呈漸變分布；所述二元光學(xué)元件是二值相位光柵或多階相位調(diào)制光柵。全息透鏡能產(chǎn)生與所述“衍射-折射組合透鏡”等效的光束成形結(jié)果；制備方法之一將平行激光束分為兩束，第一束透過“衍射-折射組合透鏡”，形成物光束，照射全息干板；另一束參考光直接照射全息干板；采用全息照相工藝，制成雙焦距全息透鏡，且兩個焦斑為長條(或扁橢圓)形；制備方法之二 基于前述“衍射-折射組合透鏡”的物理模型，制作計算機全息圖。在雙焦斑濾波部件(d)中，安放2-3個光闌，其孔徑形狀分別與安放位置的基模激光的光束截面形狀相同；所述的光闌的位置是(1)在與橫向焦斑、豎向焦斑對齊的位置各安放1個扁橢圓(或條形)光闌；( 在兩個焦斑之間安放1個橢圓(或長方形)光闌；所述3個光闌起選通激光角譜低頻分量的作用。在輸入-脈沖展寬部件、脈沖壓縮-輸出部件中，變周期光柵具有相同的結(jié)構(gòu)。該變周期光柵是一塊長方或圓形透明材料(玻璃或晶體)，內(nèi)部分成m+1個平行的層狀區(qū)域 (m是大于2的整數(shù))，每一層是一個反射型相位子光柵，其柵紋特征在于相鄰各子光柵的周期按遞增順序排列、分別對正入射的激光脈沖的波長成份λρ λ2···λω、Xirt滿足布喇格衍射(反射)條件(X1 < λω+1)。各層狀子光柵的光柵矢量的方向相互平行、但矢量幅值不等。與波長差(Xlrt-X1)對應(yīng)的脈沖延遲時間為100皮秒量級。在濾波裝置的輸入階段，變周期光柵使脈沖展寬；在輸出階段，相同結(jié)構(gòu)的變周期光柵使脈沖壓窄；即出射光脈沖近似等于入射脈沖的原始寬度。濾波裝置中，采用下述4種方法相互配合，產(chǎn)生抑制等離子體堵孔效應(yīng)、減弱會聚光束對光闌的燒蝕效應(yīng)的綜合效果(1)用相移-切趾型光柵抑制角譜的旁瓣，即反射角譜的高頻分量，從而減小會聚光束沉積到光闌上的能量、提高光闌抗激光損傷的閾值；(2)用衍射-折射組合透鏡或全息透鏡，使光束會聚成兩個分離的焦斑、并增大“雙焦斑”面積，從而減小焦斑處會聚光的功率密度；C3)使用消像差的柱形透鏡、二元光學(xué)元件以及全息透鏡或計算機全息圖，從而減小照射、沉積在光闌及其邊沿的會聚激光的功率密度；(4)用變周期光柵展寬脈沖，在時域減小激光脈沖的平均功率。傳統(tǒng)針孔濾波器基于傅立葉變換的原理分離角譜。以上4種方法使得傅立葉變換原理的優(yōu)點在新型裝置中得以繼承，不僅低通濾波效果與傳統(tǒng)針孔空間濾波器持平，而且濾波裝置的功率承載能力高于同尺寸的針孔濾波器。


圖1為實施例1空間濾波裝置整體結(jié)構(gòu)圖。圖2為實施例2 “輸入-脈沖展寬”和“脈沖壓縮-輸出”部件的結(jié)構(gòu)圖。圖3為實施例3 “無焦斑濾波”部件的結(jié)構(gòu)圖。圖4為相移-切趾型體積光柵的折射率分布示意圖。圖5為體積光柵的角譜選擇性曲線。圖6為實施例4 “雙焦斑”衍射-折射組合透鏡的示意圖。圖7為實施例5 “雙焦斑”濾波裝置中透鏡和光闌的光路示意圖。圖8為實施例6中激光角譜分布與光闌燒蝕效應(yīng)的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式實施例1空間低通濾波裝置濾波裝置由五個光學(xué)部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。無焦斑濾波部件(b)、激光增益介質(zhì)(C)和雙焦斑濾波部件(d)是空間低通濾波裝置的主體；無焦斑濾波部件(b)、雙焦斑濾波部件(d)位于同一光軸，有利于二者的濾波效果互補，便于使裝置的波長選擇性和角譜選擇性指標(biāo)兼優(yōu)。第一種構(gòu)形在裝置的左下角，激光沿水平方向進(jìn)入輸入-脈沖展寬部件(a)。無焦斑濾波部件(b)位于裝置的左上角(即輸入-脈沖展寬部件的正上方)。在無焦斑濾波部件(b)的右側(cè)，沿水平直線依次安放激光增益介質(zhì)(c)和雙焦斑濾波部件(d)。在雙焦斑濾波部件的正下方，安放脈沖壓縮-輸出部件(e)。激光從裝置的右下角沿水平方向輸出。 即“輸入光”和“輸出光”同軸(或相互平行)。第二種構(gòu)形無焦斑濾波部件(b)與激光增益介質(zhì)(C)串聯(lián)，組成一個獨立運行的濾波器件；或雙焦斑濾波部件(d)與激光增益介質(zhì)(c)串聯(lián)，組成一個獨立運行的濾波器件。實施例2 “輸入-脈沖展寬部件”和“脈沖壓縮部件-輸出”裝置圖2，左側(cè)是“輸入-脈沖展寬部件”的結(jié)構(gòu)圖。激光1沿水平光軸入射，傳播路徑呈“一”形自左往右順次通過半波片9a、分束器2、四分之一波片9b和變周期光柵3a ；激光向右傳播，從密紋表面一側(cè)，沿法線方向照射光柵；出射光路呈“ ！_，，形，變周期光柵從左向右發(fā)出反射激光，該反射光脈沖的寬度被展寬，經(jīng)過光路交叉點的分束器2、到達(dá)上方的平面反射鏡4，該平面反射鏡把激光傳入無焦斑濾波部件(b)。圖2右側(cè)是“脈沖壓縮部件-輸出”的結(jié)構(gòu)圖。用平面反射鏡6接收來自部件(d)的光束；其內(nèi)部的傳播光路呈“」，，形沿鉛直光軸自上往下順次安放平面反射鏡6、四分之一波片10a、半波片IOb ；激光從上向下到達(dá)位于光路交叉點的分束器，轉(zhuǎn)向左方傳播，透過四分之一波片10c，從疏紋表面一側(cè)，沿法線方向照射光柵北；出射光路呈“一”形，分束器 7將反射激光8向右輸出，脈沖寬度被壓窄。即出射光的脈沖寬度 入射光的脈沖寬度。變周期光柵3a和北具有相同的結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，兩個光柵被合而為一，即一物兩用。從圖2可以推斷，光脈沖沿水平光軸分別從密紋面和疏紋面照射同一光柵，互不干擾。在近紅外波段，光柵柵紋周期約1微米。變周期光柵的厚度約20mm(通光孔徑與激光增益介質(zhì)相近，直徑為10mm-500mm)。在入射光脈沖寬度約1皮秒條件下，光柵3a反射光的脈沖寬度約100皮秒(< 200皮秒)。變周期光柵北使得脈沖寬度基本復(fù)原。實施例3無焦斑濾波部件參照圖3，無焦斑濾波部件水平光軸與笛卡爾Z軸重合。沿Z軸順次放置光柵11、 半波片13和光柵12。兩塊相移-切趾體積光柵的光學(xué)參數(shù)相同，但法線的取向不同光柵 11的光柵矢量K11位于水平面內(nèi)(X-Z平面)，與Z軸的夾角為5° 75°。光柵12的光柵矢量K12位于鉛直面內(nèi)(Y-Z平面)，與Z軸的夾角為5° 75°。濾波過程光束14沿Z方向入射，光束角譜低頻分量90% (或更多)的能量透過光柵11，形成光束15。與此同時，通帶外角譜X軸分量15f被反射(即角譜高頻分量15f偏離光軸)。半波片3將光束15的偏振面旋轉(zhuǎn)90度，形成光束16。光束16的角譜低頻分量透過光柵12，形成出射光束17。與此同時，光柵12對通帶外角譜Y軸分量起反射作用(即角譜高頻分量17f偏離光軸)。總的濾波效果是，對角譜低頻分量的選擇性約150微弧度。圖3裝置的特點是光束在濾波器中沿直線光軸傳播，與光束在傳統(tǒng)針孔空間濾波器的傳播方式相同，且克服了 “光束聚焦”、“角譜旁瓣燒蝕針孔光闌”等缺點。體積光柵11和光柵12的結(jié)構(gòu)相同，均為三層結(jié)構(gòu)中間層引入相移Φ， 90°彡Φ彡270°。切趾是指公式(II)中調(diào)制函數(shù)P(Z)為高斯函數(shù)以及附加修正量的高斯函數(shù)(如圖如所示)，或者P(Z)為正弦函數(shù)以及附加修正量的正弦函數(shù)(如圖4b所示)，或者P(Z)為漸變周期均勻折射率調(diào)制函數(shù)(如圖如所示)。相移和切趾產(chǎn)生的效果， 是抑制角譜的旁瓣、減弱強光對光闌的燒蝕效應(yīng)。圖5是與圖4對應(yīng)的角譜選擇性曲線。柵紋結(jié)構(gòu)相移、切趾的結(jié)果，是旁瓣18被抑制，變成旁瓣19。與此同時，虛線透射峰20向右移位。圖4d所示的體積光柵的第一、第三層子光柵具有均勻柵紋，中間層產(chǎn)生π /2相移，其典型參數(shù)見表1 ；對該均勻柵紋附加折射率調(diào)制函數(shù)，形成圖4a、4b和如所示的相移-切趾柵紋結(jié)構(gòu)。表 權(quán)利要求
1.空間低通濾波裝置，包括無焦斑濾波部件、激光增益介質(zhì)、雙焦斑濾波部件、輸入-脈沖展寬部件、脈沖壓縮-輸出部件；其特征在于，該裝置的第一種布局為在裝置上部的水平直線光軸上，自左往右安放無焦斑濾波部件、激光增益介質(zhì)和雙焦斑濾波部件；在裝置的左下角，即無焦斑濾波部件的下方，安放輸入-脈沖展寬部件；在裝置的右下角，即雙焦斑濾波部件的下方，安放脈沖壓縮-輸出部件；該裝置的第二種布局是雙焦斑濾波部件與激光增益介質(zhì)串聯(lián)組成可獨立運行的濾波器件，或無焦斑濾波部件與激光增益介質(zhì)串聯(lián)組成可獨立運行的濾波器件；該裝置使用以下方法抑制等離子體堵孔、并減弱會聚光束對光闌的燒蝕①用相移-切趾型體積光柵抑制角譜的旁瓣，②用衍射-折射組合透鏡或全息透鏡使會聚光束有兩個分離的橢圓形或條形焦斑，③用消像差的柱形透鏡、二元光學(xué)元件、全息透鏡或計算機全息圖減小會聚光束沉積到光闌及其邊沿的激光功率密度，④用變周期光柵擴(kuò)展脈沖寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，無焦斑濾波部件的內(nèi)部自左往右放置1塊用于鉛直面濾波的體積光柵、1個半波片和1塊用于水平面濾波的體積光柵；體積光柵利用布喇格衍射效應(yīng)抑制角譜的旁瓣；體積光柵的結(jié)構(gòu)為外形為長方或圓形透明材料基片，內(nèi)部分為三層；中間層是均勻透明介質(zhì)，產(chǎn)生的相移量在90°至270°范圍，其厚度t滿足公式(I)Φ = ( φ「φ 3) +2 π (L/ Λ -2n0t/ λ 0) = (Ν+1) Ji，(N 是正整數(shù)) (I)第一、第三層是起濾波作用的子光柵，用儒格特薄膜工藝制備子光柵，使其柵紋折射率 η^ζ,χ,γ)沿Z軸的分布滿足公式(II)Iii (ζ, χ, y) = η0+Ρ (ζ) · cos [Κρ+Φ (ζ0) ](II)以上兩公式中，Φ是相位光柵的總相移量，Φ工是第一層子光柵的柵紋初位相，Φ3是第三層子光柵的柵紋初位相，L是子光柵的厚度，A是子光柵的周期或周期平均值，Iitl是光柵材料的平均折射率，η, (ζ, χ, y)表示折射率分布，λ 0是入射激光波長；x-y-z坐標(biāo)系的Z軸與光柵表面垂直，ζ = 0為子光柵的左邊界面的位置，K表示光柵矢量；i = 1表示第一層子光柵；i = 3表示第三層子光柵，Φ (ζ0)表示初始相位，P (ζ)表示折射率沿Z軸的變化；所述切趾是指P(Z)為高斯函數(shù)以及附加修正量的高斯函數(shù)，或者為正弦函數(shù)以及附加修正量的正弦函數(shù)，或者為漸變周期均勻折射率調(diào)制函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，激光增益介質(zhì)是片狀或棒狀透明介質(zhì)，其對角線或直徑為10mm-500mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，雙焦斑濾波部件的內(nèi)部沿水平直線光軸安放2個具有雙焦距的“衍射-折射組合透鏡”或者2個“全息透鏡”;在焦斑處以及雙焦斑之間，分別安放2至3個光闌，光闌通光孔為橢圓形或條形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，在輸入-脈沖展寬部件內(nèi)部，從左往右沿直線順次安放半波片、分束器、四分之一波片和變周期光柵；分束器位于光路的交叉點，其上方安放1塊平面反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，在脈沖壓縮-輸出部件內(nèi)部，沿鉛直光軸自上往下順次安放平面反射鏡、四分之一波片、半波片和分束器；分束器位于光路交叉點，其左側(cè)安放1塊四分之一波片和1塊變周期光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，衍射-折射組合透鏡分為三種(1)由水平取向的1個柱形透鏡和1個二元光學(xué)元件、鉛直取向的1個柱形透鏡和1個二元光學(xué)元件四個分離的器件組合而成，該四個器件沿直線按任意順序排列；( 水平取向的二元光學(xué)元件被制作在水平取向柱形透鏡的一個表面上，鉛直取向的二元光學(xué)元件被制作在鉛直取向柱形透鏡的一個表面上；C3)水平取向的平凸柱形透鏡的平面與鉛直取向的平凸柱形透鏡的平面重疊，即兩個柱形透鏡被制作成一個整體，水平、鉛直取向的二元光學(xué)元件放置在該整體器件的兩側(cè)；所述柱形透鏡的曲面是消像差柱面、雙曲面、高次非球面之一，或者是等厚透明材料的折射率呈漸變分布；所述二元光學(xué)元件是二值相位光柵或多階相位調(diào)制光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，全息透鏡能產(chǎn)生與所述“衍射-折射組合透鏡”等效的光束成形結(jié)果；制備方法一將平行激光束分為兩束，第一束透過“衍射-折射組合透鏡”形成物光束，另一束為參考光，執(zhí)行全息照相工藝； 制備方法二 基于“衍射-折射組合透鏡”的物理模型，制作計算機全息圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的空間低通濾波裝置，其特征在于，變周期光柵的結(jié)構(gòu)為；在一塊長方或圓片透明材料的內(nèi)部，制備m+1個平行的層狀子光柵，m是大于2的整數(shù)，各相鄰子光柵的周期按遞增順序排列、分別對正入射的激光脈沖的波長成份λ^ λ2··· λω、Xirt滿足布喇格衍射條件；與波長差(Xirt-X1)對應(yīng)的脈沖延遲時間為 100皮秒量級。
全文摘要
一種適用于高功率激光的空間濾波裝置，包括無焦斑濾波部件、激光增益介質(zhì)、雙焦斑濾波部件、輸入-脈沖展寬部件、脈沖壓縮-輸出部件；用以下方法抑制等離子體堵孔、減弱會聚光束對光闌的燒蝕①用相移-切趾型體積光柵抑制角譜的旁瓣，②用衍射-折射組合透鏡(二元光學(xué)消像差)或全息透鏡使會聚光束有兩個分離的橢圓形或條形焦斑，③用消像差的柱形透鏡、二元光學(xué)元件、全息透鏡或計算機全息圖減小會聚光束沉積到光闌及其邊沿的激光功率密度，④用變周期光柵擴(kuò)展脈沖寬度。低通濾波角譜寬度不大于150微弧度(與傳統(tǒng)針孔空間濾波器的性能指標(biāo)持平)，可承載的功率密度不小于5Gw/cm2(近紅外波段，脈沖寬度0.1-10ns)。
文檔編號G02B27/46GK102393570SQ20111039382
公開日2012年3月28日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者譚一舟 申請人:譚一舟