基于体全息器件的波前校正结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及波前校正技术领域，特别涉及一种基于体全息器件的波前校正结构。
【背景技术】
[0002] 高功率激光束的焦斑特性是影响其在高功率激光领域应用的关键因素之一。焦斑 特性主要取决于聚焦前的光束波前相位分布，其中低频相位畸变主要决定焦斑的主瓣，中 高频相位畸变主要决定焦斑的旁瓣。高功率激光在传输过程中的中高频相位畸变甚至有可 能引起小尺度自聚焦效应从而导致光学元器件的破坏。到目前为止，低频的波前校正主要 是利用变形镜进行校正，高频的相位畸变可以利用传统的空间针孔滤波器将其滤除，而中 频的相位畸变既不能用变形镜校正，又不能通过空间滤波小孔完全抑制，本发明因此而来。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是提供一种基于体全息器件的波前校正结构，其结构简单，可实现光 束中高频相位畸变在光束的近场直接实现校正。
[0004] 基于上述问题，本发明提供的技术方案是：
[0005] 基于体全息器件的波前校正结构，包括第一体布拉格光栅，入射光满足布拉格条 件从所述第一体布拉格光栅前表面入射并从所述第一体布拉格光栅的后表面衍射出光。
[0006] 进一步的，还包括第二体布拉格光栅，所述第二体布拉格光栅设置在所述第一体 布拉格光栅出射的衍射光一侧，所述第一体布拉格光栅出射的衍射光从所述第二体布拉格 光栅前表面入射并从所述第二体布拉格光栅后表面衍射出光，所述第一体布拉格光栅与所 述第二体布拉格光栅的光栅矢量相互正交。
[0007] 进一步的，所述第一体布拉格光栅和所述第二体布拉格光栅均为透射型光栅，且 所述第一体布拉格光栅和所述第二体布拉格光栅均为相位型光栅。
[0008] 进一步的，所述第一体布拉格光栅和所述第二体布拉格光栅均米用光致热敏折射 率玻璃制成。
[0009] 进一步的，所述光致热敏折射率玻璃为掺杂有铈、银及氟的硅酸盐玻璃。
[0010] 进一步的，所述第一体布拉格光栅和所述第二体布拉格光栅的栅线角度可调。
[0011] 本发明的工作原理为：当入射光以布拉格条件入射体布拉格光栅时，光束中的中 高频相位畸变会使得光束频谱分布中出现相应的旁瓣，利用体布拉格光栅的角选择特性， 可以将这些相位畸变带来的旁瓣有效降低，从而使得衍射光的波前特性得到优化。
[0012] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0013] 1、采用本发明的技术方案，将入射光以布拉格条件入射至体布拉格光栅，利用体 布拉格光栅的角选择特性降低光束中的中高频相位畸变，从而对光束的中高频相位畸变在 光束的近场实现校正，该波前校正结构，结构简单，在高功率激光应用中可以避免针孔空间 滤波器的堵孔效应；
[0014] 2、采用本发明进一步的技术方案，光致热敏折射率玻璃制备的体布拉格光栅，激 光诱导损伤阈值高，可承受l〇J/cm2的能量密度；
[0015] 3、采用本发明进一步的技术方案，可根据调谐光栅结构参数来调整体布拉格光栅 的波前校正能力，即不同角谱的衍射效率。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。
[0017] 图1为本发明基于体全息器件的波前校正结构实施例的结构示意图；
[0018] 图2是实际光束入射体布拉格光栅前后波前对比图，光栅角选择宽度为 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调制 后的波前分布，（e)和（f)表示经过两块光栅后的波前分布；
[0019] 图3是实际光束的远场分布对比图，其中图（a)、（b)、（c)分别表示初始光束、调制 光束和衍射光束的远场分布；
[0020] 其中：
[0021] 1、入射光；2、第一体布拉格光栅；3、第二体布拉格光栅。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0023] 参见图1，为本发明实施例的结构示意图，提供一种基于体全息器件的波前校正结 构，其包括第一体布拉格光栅2,入射光1从第一体布拉格光栅2前表面入射后在第一体布 拉格光栅2的后表面衍射出光，当入射光1以布拉格条件入射第一体布拉格光栅2时，体布 拉格光栅的角选择特性，可以将光束中的中高频相位畸变带来的旁瓣有效降低，从而使得 衍射光的波前特性得到优化。
[0024] 为了进一步优化本发明的实施效果，还包括第二体布拉格光栅3,该第二体布拉格 光栅3设置在第一体布拉格光栅2出射的衍射光一侧，第一体布拉格光栅2出射的衍射光 从第二体布拉格光栅3的前表面入射并从第二体布拉格光栅3后表面衍射出光，第一体布 拉格光栅2与第二体布拉格光栅3的光栅矢量相互正交。
[0025] 上述第一体布拉格光栅2和第二体布拉格光栅3均为透射型光栅，且均为相位型 光栅，第一体布拉格光栅2和第二体布拉格光栅3均为均勾周期体光栅。
[0026] 第一体布拉格光栅2和第二体布拉格光栅3还可以为双块组合式的体布拉格光 栅，即每个体布拉格光栅由两块栅纹正交的子体光栅组合而成，两块子体光栅的光栅厚度 或周期可以不同。
[0027] 第一体布拉格光栅2和第二体布拉格光栅3均由光致热敏折射率玻璃制备而成， 该光致热敏折射率玻璃为掺杂有铈、银以及氟的硅酸盐玻璃，普通全息材料（卤化物银感 光乳液、二色性凝胶、感光性树脂等）在热处理过程中会收缩，对于湿度也很敏感，不能承 受高功率激光辐照。
[0028] 布拉格光栅具有优秀的布拉格选择能力，即角度选择性和光谱选择性，以及较高 的衍射效率和激光损伤阈值，其入射角、衍射角、中心波长、角度（光谱）选择性等参数，可 以通过改变光栅厚度、折射率调制度、光栅周期、光栅矢量倾斜角等光栅结构参数来调节。
[0029] 根据经典Kogelnik耦合波理论，有吸收的相位型体布拉格光栅的衍射效率为：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 式中：K表不光栅矢量，与光栅周期成反比，d、叫和Φ分别表不光栅厚度，折射率 调制度和光栅矢量倾斜角，α为吸收系数，β表不入射光的波矢量，9。表不光栅的布拉格 角，ΑΘ表示偏离布拉格条件的角度量。由上述衍射公式可以指导体布拉格光栅结构参数 的设计，以实现所需的衍射带宽。
[0035] 参见图2,是实际光束入射体布拉格光栅前后波前对比图，光栅角选择宽度为 1. 30mrad，其中图2(a)和（b)表示初始光束的波前分布，图2(c)和⑷表示光束收到相位 板调制后的波前分布，图2(e)和（f)表示经过两块光栅后的波前分布。可见经过光栅衍射 后的波前畸变有明显抑制。相应的PV值和RMS值如表1所示。
[0036] 表1实际光束入射体布拉格光栅前后的PV值和RMS值
[0037]
[0038] 参见图3,是实际光束的远场分布对比图，其中图3(a)、（b)、（c)分别表示初始光 束、调制光束和衍射光束的远场分布。原始光束的旁瓣处最大值为0. 11，经相位板调制后， 调制光束远场分布有明显的旁瓣出现，最大值为0. 14,后经光栅衍射后，旁瓣最大值降为 0. 04,相应的斯特列尔比和围绕功率如表2所示，这说明光束的远场特性和聚焦特性得到 了改善。
[0039] 表2实际光束入射体布拉格光栅前后的斯特列尔比和围绕功率
[0040]
[0041] 上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精 神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：包括第一体布拉格光栅（2)，入射光 (1) 满足布拉格条件从所述第一体布拉格光栅（2)前表面入射并从所述第一体布拉格光栅 (2) 的后表面衍射出光。2. 根据权利要求1所述的基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：还包括第二 体布拉格光栅（3)，所述第二体布拉格光栅（3)设置在所述第一体布拉格光栅（2)出射的衍 射光一侧，所述第一体布拉格光栅（2)出射的衍射光从所述第二体布拉格光栅（3)前表面 入射并从所述第二体布拉格光栅（3)后表面衍射出光，所述第一体布拉格光栅（2)与所述 第二体布拉格光栅（3)的光栅矢量相互正交。3. 根据权利要求2所述的基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：所述第一体 布拉格光栅（2)和所述第二体布拉格光栅（3)均为透射型光栅，且所述第一体布拉格光栅 (2)和所述第二体布拉格光栅（3)均为相位型光栅。4. 根据权利要求3所述的基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：所述第一体 布拉格光栅（2)和所述第二体布拉格光栅（3)均采用光致热敏折射率玻璃制成。5. 根据权利要求4所述的基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：所述光致热 敏折射率玻璃为掺杂有铈、银及氟的硅酸盐玻璃。6. 根据权利要求5所述的基于体全息器件的波前校正结构，其特征在于：所述第一体 布拉格光栅（2)和所述第二体布拉格光栅（3)的栅线角度可调。
【专利摘要】本发明公开了基于体全息器件的波前校正结构，包括第一体布拉格光栅(2)，入射光(1)满足布拉格条件从所述第一体布拉格光栅(2)前表面入射并从所述第一体布拉格光栅(2)的后表面衍射出光。本发明提供的基于体全息器件的波前校正结构，其结构简单，可实现光束中高频相位畸变在光束的近场直接实现校正。
【IPC分类】G02B27/42, G02B5/32
【公开号】CN105425330
【申请号】CN201510946864
【发明人】袁孝, 高帆, 张翔
【申请人】苏州大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月17日