高效率激光束位相光栅整形技术

"位相光栅整形激光束剖面" 这篇论文《位相光栅整形激光束剖面》探讨了一种新技术，该技术可以将近场中呈高斯振幅分布的激光束通过空间调制转化为在远场或焦面上呈现近似平顶状振幅分布的激光束，其能量转换效率高达90%。这项技术对于高效率的激光束整形具有重要意义，尤其是在民用和军用仪器领域，因为这种平顶强度分布的激光束具有更广泛的实用价值。 激光束整形通常涉及在光路中引入特定元件，如软边光阑、光吸收滤光镜或电光效应软边器，来改变径向透过率，以达到改变激光束剖面的目的。然而，这些方法的整形效率通常低于50%，因为它们往往通过吸收部分能量来实现整形。论文提出的位相光栅整形方法则旨在高效地重新分布激光束能量，而不是有选择地吸收。 论文的核心原理基于透镜的傅里叶变换性质。如果近场激光束的振幅分布是一维的正弦平方函数或二维的J1函数，经过透镜傅里叶变换后会形成一个方波型函数分布，从而在远场得到近似的平顶强度分布。作者们选择了二元位相光栅对He-Ne激光束的高斯基模进行一维位相调制，实现了平顶强度分布，并且提高了光能转换效率。 二元位相光栅是由两层材料构成，其厚度差导致空间π位相反转。实验中，光栅的周期为2A=0.6mm，膜层材料为折射率接近熔石英的材料，并针对6328λ波长镀增透膜。根据傅里叶光学理论，矩形位相光栅函数可以通过矩形函数与狄拉克梳的卷积来描述。当光栅中心具有空间π位相反转时，可以进一步卷积一个符号函数，这将导致在傅里叶变换后形成平顶分布。 这篇论文发表于1985年的《光学学报》，表明了在80年代中期，科研人员已经在激光束整形领域取得了显著进展，这一工作不仅对理解激光束的空间分布特性有重要贡献，也为后续的激光技术发展提供了基础。