Figure 1. Profils de faisceau à plat carré réalisés par :(a) un élément optique diffractif (DOE), (b) réseau de phase vertical (méthode conventionnelle), (c) réseau de phase diagonal virtuel (nouvelle méthode). Crédit :© 2019 Nakata Y. et al., Rapports scientifiques .
Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont développé une technique pour améliorer la précision de la mise en forme du faisceau laser et du front d'onde obtenu par des méthodes conventionnelles sans coût supplémentaire en optimisant le réseau de phase virtuel. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans Rapports scientifiques .
Un faisceau plat carré de haute qualité est en demande pour divers domaines, tels que le traitement laser uniforme et la médecine, ainsi que des applications laser à ultra haute intensité pour les accélérateurs et la fusion nucléaire. La forme du faisceau est essentielle pour réaliser les capacités et les effets potentiels du laser. Cependant, puisque la forme du faisceau et le front d'onde varient selon le laser, la mise en forme du faisceau est essentielle pour produire les formes souhaitées pour répondre à divers besoins.
Des méthodes de mise en forme de faisceau statique et adaptative ont été développées pour diverses applications. Avec l'élément optique diffractif (DOE) comme méthode statique, la raideur et la planéité des bords sont faibles et le front d'onde se déforme après la mise en forme. (Figure 1 (a)) De plus, L'hologramme généré par ordinateur (CGH) en tant que méthode adaptative typique présente les mêmes difficultés.
Pendant ce temps, une technique de mise en forme de faisceau adaptative qui utilise un réseau de phase codé sur un modulateur spatial de lumière (SLM) avec un filtrage spatial-fréquence dans le plan de Fourier dans un système 4f a été développée. (Figure 2 (a)) Cette méthode conventionnelle génère un faisceau carré plat en contrôlant spatialement l'efficacité de diffraction sans déformer le front d'onde. Cependant, parce que les composantes extraites et résiduelles se chevauchent dans le plan de Fourier, il a fallu couper la composante haute fréquence spatiale (HSF) de la composante extraite, limiter la planéité et la raideur des bords de la forme de poutre résultante. (Figure 1 (b))
Figure 2. Schéma expérimental :réseau de phase et filtrage dans le plan de Fourier du système 4f. (a) réseau de phase vertical (méthode conventionnelle), (b) réseau de phase diagonal virtuel (nouvelle méthode). Crédit :© 2019 Nakata Y. et al., Rapports scientifiques .
Dans cette étude, le groupe a développé une technique universelle de mise en forme de faisceau à haute précision, qui peut être utilisé pour divers lasers du domaine ultraviolet au proche infrarouge.
Cette méthode sépare spatialement les composants résiduels et extraits dans le plan de Fourier en utilisant un réseau de phase diagonal virtuel (Figure 2 (b)) et supprime le chevauchement en créant le vecteur de réseau, kg, non parallèle aux vecteurs normaux, kx ou ky, du profil de faisceau souhaité, qui sont parallèles les uns aux autres dans le schéma conventionnel.
En utilisant efficacement uniquement des composants extraits contenant des composants HSF, la mise en forme du faisceau à haute résolution a été obtenue. Cela a permis d'obtenir un faisceau plat très uniforme de n'importe quelle forme de coin sans ondulations, suppression du bord de la poutre profilée à une hauteur de 20 µm, ce qui est inférieur à 20 % de celui obtenu avec un réseau de phase vertical classique.
L'auteur correspondant Yoshiki Nakata dit, "Notre méthode, qui permet d'optimiser la mise en forme du faisceau en améliorant la résolution et la précision, contribuera à un vaste domaine, y compris la recherche fondamentale, fabrication et génie médical. Dans les systèmes de mise en forme de faisceau conventionnels, La précision de la mise en forme du faisceau peut être considérablement améliorée sans coût supplémentaire en changeant simplement le filtre de fréquence spatiale et le réseau de phase codés sur un SLM."
