CN105824129A - Rugate薄膜的光束空间低通滤波器件 - Google Patents

Abstract

一种Rugate薄膜应用于光束空间低通滤波器件，特点在于其构成是沿光路入射方向依次包括第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜，所述的第一Rugate薄膜和第二Rugate薄膜平行放置，第三Rugate薄膜和第四rugate薄膜平行放置，所述第一Rugate薄膜和第三Rugate薄膜的各自表面法线方向不平行。本发明的角谱选择性带宽达到了亚毫弧度量级。

Description

Rugate薄膜的光束空间低通滤波器件

技术领域

本发明涉及光束空间低通滤波技术领域，特别是涉及一种高功率激光二维空间低通滤波器件。

背景技术

高能激光已广泛应用于激光加工、激光武器、惯性约束聚变等多个民用和军用领域，光束空域质量的好坏直接决定了实际应用的效果。传统的光束空间滤波主要采取远场滤波方式，由于其需要对光束进行聚焦的特性，使其在高功率激光的应用中存在诸多弊端，如：聚焦点处的场强过高容易产生空气击穿现象，将装置至于真空环境中的改进措施，亦会增加装置的复杂度，以及消耗较多的能源；焦平面处的选频器件由于光强过高易激发等离子体，产生等离子体堵孔现象；整个滤波装置的体积巨大，占用空间较多等。

针对下一代先进的激光空间低通滤波装置，拟采用全新的滤波方式取代传统的滤波手段。Rugate薄膜由于其具有优秀的角谱选择性，以及较传统的多层介质薄膜更高的抗光损伤阈值，对光束空间滤波具有革命意义。以Rugate薄膜为法布里珀罗腔镜的结构具有不同于传统法布里珀罗标准具的工作特性，有别与传统的聚焦型空间滤波技术，基于Rugate薄膜的滤波技术是一种非聚焦型的光束空间低通滤波技术，该技术无须对光束进行聚焦，就能实现对光束的空间低通滤波，因此避免了聚焦型光束空间滤波技术的诸多弊端，应用前景，尤其在高功率激光领域，非常广阔。

国内可见国防科学技术大学光电科学与工程学院郑光威发表的公开文献报道（郑光威，“非聚焦型光束空间低通滤波技术研究”，国防科技大学博士学位论文，2011）提出了相移Rugate薄膜光束空间低通滤波的可行性，并给出了滤波应用的结构，可见中国科学院上海光学精密机械研究所章瑛等人发表的公开文献报道（章瑛，易葵，齐红基，邵建达，“相移Rugate薄膜的空间滤波器的设计”，2014年第41卷第10期）分析了相移Rugate薄膜结构的内部驻波电场强度分布等特性，但由于内部驻波场强过高，不适于高功率激光的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种全新的基于Rugate薄膜的光束空间低通滤波器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有传统聚焦型空间滤波器应用于高功率激光***时，易产生等离子体堵孔，光致热损伤针孔板等选频单元，占用空间较大等不足，提供一种无须对光束聚焦，在光束近场直接实现高质量的光束空间低通滤波。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种二维空间激光低通滤波器，特点在于其构成是沿光路入射方向依次包括第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜、第四Rugate薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述的第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的膜层折射率均为正弦型分布。

作为本发明的进一步改进，所述的第一Rugate薄膜和第二Rugate薄膜的薄膜表面的法线方向相互平行且相向放置，所述的第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的薄膜表面法线方向相互平行且相向放置。

作为本发明的进一步改进，所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的折射率分布与第二Rugate薄膜的折射率分布一致，第三Rugate薄膜的折射率分布与第四Rugate薄膜的折射率分布一致。

作为本发明的进一步改进，所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的表面法线方向与第三Rugate薄膜的表面法线方向不平行。

作为本发明的进一步改进，所述的第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜是在玻璃基底上由物理气相沉积法或化学气相沉积法制备而成的。

本发明的技术效果

1.本发明利用基于Rugate薄膜的法布里珀罗腔结构的良好的角谱选择性，在强激光近场直接实现非聚焦型空间滤波，从根本上解决了传统聚焦型空间滤波器的等离子体堵孔、所占空间较大等固有局限。

2.本发明中，基于Rugate薄膜的法布里珀罗腔的角谱选择性可通过选择薄膜参数（厚度、折射率调制度、最高折射率、最低折射率、周期）精确控制，可获得不同空间截止频率，提高滤波能力。

3．本发明中，基于Rugate薄膜的法布里珀罗腔对目标光束中的低频成分透过率大于95%，而高频成分透过率小于0.1%，降低了低频成分的损耗，增强了高频成分的截止特性。

4.本发明的基于rugate薄膜的光束空间低通滤波器件具有即插即用特性，不改变原有光路，较传统聚焦型空间低通滤波技术，具有结构简单，抗光损伤能力强等特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，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。

图1为本发明一具体实施例中二维空间滤波器的结构示意图。

图2为Rugate1和Rugate2组合结构的角谱选择理论模拟示意图。

图3为未畸变的高斯光束的空间光强分布。

图4为畸变高斯光束的空间光强分布。

图5为空间畸变高斯光束经过Rugate1和Rugate2组合结构的空间光强分布。

具体实施方式

下面结合本发明实施例子中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应该属于本发明保护的范围。

本发明提供一种通过基于Rugate薄膜的法布里珀罗腔结构具有优秀的角谱选择性，构造对光束在其近场实现二维空间低通滤波的装置。本发明二维空间低通滤波器，有效解决传统滤波装置的诸多弊端，具有结构紧凑，即插即用的优势。

先请参阅图1，图1为本发明Rugate薄膜的空间低通滤波器件的示意图，由图可见，本发明Rugate薄膜的光束空间低通滤波器件，沿光路入射方向依次包括Rugate1、Rugate2、Rugate3和Rugate4，所述的Rugate1和Rugate2平行相向放置，所述的Rugate3和Rugate4平行相向放置，所述的Rugate1和Rugate3的表面法线方向不平行。Rugate1和Rugate2的参量为：平均折射率与入射处和反射处的折射率均为1.50，折射率调制度为0.0012，厚度为500微米。光束为高斯光束，束腰半径为0.4米，入射角度为0.4807弧度。

所述的Rugate1、Rugate2、Rugate3和Rugate4是在玻璃基底上由物理气相沉积法或化学气相沉积法制备而成的。

Rugate1和Rugate2组成的法布里-珀罗腔结构具有高效率反射部分高频角谱成分，而高效率透射低频角谱成分，实现光束在以Rugate1表面法线为轴，圆锥带高效率透射所选角谱成分的效果，基本将除圆锥带内部分高频角谱成分全部滤除的效果，如图1所示，光束1、光束4和光束5由于都在此圆锥带内，因此被高效率透射，而光束2和光束3在圆锥带外，因此被高效率反射。Rugate3和Rugate4组成的法布里-珀罗腔结构，合理放置Rugate3与Rugate1的相对位置，理论上，只要使得Rugate1和Rugate3的表面法线不平行放置，该滤波装置就能实现光束的二维空间低通滤波效果，实际应用中，为了更有效的滤除高频角谱成分，Rugate1和Rugate3按照表面发现相互垂直进行放置，可以有效实现光束二维空间低通滤波的效果。高效率透射出Rugate1和Rugate2所组成的法布里-珀罗结构的光束1、光束4和光束5，由于光束1在Rugate3和Rugate4的高效率透射圆锥带中，而光束4和光束5不在，因此光束1高效率透射出该装置，而光束4和光束5被高效率反射，从而该装置实现了光束二维空间低通滤波的效果。

典型的实施例测试结果如图2、3、4、5所示。

图2为实施例Rugate1和Rugate2组合结构的角谱选择理论模拟示意图。

图3为实施例未畸变的高斯光束的空间光强分布。

图4为实施例畸变高斯光束的空间光强分布。

图5为实施例空间畸变高斯光束经过Rugate1和Rugate2组合结构的空间光强分布。

Rugate3和Rugate4组合结构具有与Rugate1和Rugate2组合结构同样的效果，再次就不再举例说明。

综合以上的实施方法，本发明提出的Rugate薄膜的光束空间低通滤波器件的设计方法是切实有效可行的，表明这种结构确实可以起到亚毫弧度的角谱选择特性，具有重要应用前景。

Claims (6)

1.一种Rugate薄膜光束空间低通滤波器件，特征在于其构成是沿光路入射方向依次包括第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜。

2.根据权利要求1所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的膜层折射率均为正弦型分布。

3.根据权利要求1所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜和第二Rugate薄膜的薄膜表面法线方向相互平行且相向放置，所述的第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的薄膜表面法线方向相互平行且相向放置。

4.根据权利要求3所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的折射率分布与第二Rugate薄膜的折射率分布一致，第三Rugate薄膜的折射率分布与第四Rugate薄膜的折射率分布一致。

5.根据权利要求1所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的前表面法线方向与第三Rugate薄膜的前表面法线方向不平行。

6.根据权利要求1所述的Rugate薄膜空间低通滤波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜、第二Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜是在玻璃基底上由物理气相沉积法或化学气相沉积法制备而成的。