Rugate薄膜的光束空間低通濾波器件的制作方法
【專利摘要】一種Rugate薄膜應(yīng)用于光束空間低通濾波器件，特點(diǎn)在于其構(gòu)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薄膜的各自表面法線方向不平行。本發(fā)明的角譜選擇性帶寬達(dá)到了亞毫弧度量級(jí)。
【專利說明】
Rugate薄膜的光束空間低通濾波器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光束空間低通濾波技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高功率激光二維空間低通濾波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]高能激光已廣泛應(yīng)用于激光加工、激光武器、慣性約束聚變等多個(gè)民用和軍用領(lǐng)域，光束空域質(zhì)量的好壞直接決定了實(shí)際應(yīng)用的效果。傳統(tǒng)的光束空間濾波主要采取遠(yuǎn)場(chǎng)濾波方式，由于其需要對(duì)光束進(jìn)行聚焦的特性，使其在高功率激光的應(yīng)用中存在諸多弊端，如:聚焦點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)過高容易產(chǎn)生空氣擊穿現(xiàn)象，將裝置至于真空環(huán)境中的改進(jìn)措施，亦會(huì)增加裝置的復(fù)雜度，以及消耗較多的能源;焦平面處的選頻器件由于光強(qiáng)過高易激發(fā)等離子體，產(chǎn)生等離子體堵孔現(xiàn)象;整個(gè)濾波裝置的體積巨大，占用空間較多等。
[0003]針對(duì)下一代先進(jìn)的激光空間低通濾波裝置，擬采用全新的濾波方式取代傳統(tǒng)的濾波手段。Rugate薄膜由于其具有優(yōu)秀的角譜選擇性，以及較傳統(tǒng)的多層介質(zhì)薄膜更高的抗光損傷閾值，對(duì)光束空間濾波具有革命意義。以Rugate薄膜為法布里珀羅腔鏡的結(jié)構(gòu)具有不同于傳統(tǒng)法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的工作特性，有別與傳統(tǒng)的聚焦型空間濾波技術(shù)，基于Rugate薄膜的濾波技術(shù)是一種非聚焦型的光束空間低通濾波技術(shù)，該技術(shù)無須對(duì)光束進(jìn)行聚焦，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的空間低通濾波，因此避免了聚焦型光束空間濾波技術(shù)的諸多弊端，應(yīng)用前景，尤其在高功率激光領(lǐng)域，非常廣闊。
[0004]國(guó)內(nèi)可見國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院鄭光威發(fā)表的公開文獻(xiàn)報(bào)道(鄭光威，“非聚焦型光束空間低通濾波技術(shù)研究”，國(guó)防科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2011)提出了相移Rugate薄膜光束空間低通濾波的可行性，并給出了濾波應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，可見中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所章瑛等人發(fā)表的公開文獻(xiàn)報(bào)道(章瑛，易葵，齊紅基，邵建達(dá)，“相移Rugate薄膜的空間濾波器的設(shè)計(jì)”，2014年第41卷第10期)分析了相移Rugate薄膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部駐波電場(chǎng)強(qiáng)度分布等特性，但由于內(nèi)部駐波場(chǎng)強(qiáng)過高，不適于高功率激光的應(yīng)用。
[0005]因此，針對(duì)上述技術(shù)問題，有必要提供一種全新的基于Rugate薄膜的光束空間低通濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)聚焦型空間濾波器應(yīng)用于高功率激光系統(tǒng)時(shí)，易產(chǎn)生等離子體堵孔，光致熱損傷針孔板等選頻單元，占用空間較大等不足，提供一種無須對(duì)光束聚焦，在光束近場(chǎng)直接實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的光束空間低通濾波。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
一種二維空間激光低通濾波器，特點(diǎn)在于其構(gòu)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。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第一Rugate薄膜、第二 Rugate薄膜、第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的膜層折射率均為正弦型分布。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第一Rugate薄膜和第二 Rugate薄膜的薄膜表面的法線方向相互平行且相向放置，所述的第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的薄膜表面法線方向相互平行且相向放置。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，其特征在于所述的第一 Rugate薄膜的折射率分布與第二 Rugate薄膜的折射率分布一致，第三Rugate薄膜的折射率分布與第四Rugate薄膜的折射率分布一致。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，其特征在于所述的第一 Rugate薄膜的表面法線方向與第三Rugate薄膜的表面法線方向不平行。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法制備而成的。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果
1.本發(fā)明利用基于Rugate薄膜的法布里珀羅腔結(jié)構(gòu)的良好的角譜選擇性，在強(qiáng)激光近場(chǎng)直接實(shí)現(xiàn)非聚焦型空間濾波，從根本上解決了傳統(tǒng)聚焦型空間濾波器的等離子體堵孔、所占空間較大等固有局限。
[0014]2.本發(fā)明中，基于Rugate薄膜的法布里珀羅腔的角譜選擇性可通過選擇薄膜參數(shù)(厚度、折射率調(diào)制度、最高折射率、最低折射率、周期)精確控制，可獲得不同空間截止頻率，提尚濾波能力。
[0015]3.本發(fā)明中，基于Rugate薄膜的法布里珀羅腔對(duì)目標(biāo)光束中的低頻成分透過率大于95%，而高頻成分透過率小于0.1%，降低了低頻成分的損耗，增強(qiáng)了高頻成分的截止特性。
[0016]4.本發(fā)明的基于rugate薄膜的光束空間低通濾波器件具有即插即用特性，不改變?cè)泄饴?，較傳統(tǒng)聚焦型空間低通濾波技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗光損傷能力強(qiáng)等特性。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明一具體實(shí)施例中二維空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為Rugatel和Rugate2組合結(jié)構(gòu)的角譜選擇理論模擬示意圖。
[0020]圖3為未畸變的高斯光束的空間光強(qiáng)分布。
[0021]圖4為畸變高斯光束的空間光強(qiáng)分布。
[0022 ]圖5為空間畸變高斯光束經(jīng)過Rugate I和Rugate2組合結(jié)構(gòu)的空間光強(qiáng)分布。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例子中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)該屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]本發(fā)明提供一種通過基于Rugate薄膜的法布里珀羅腔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的角譜選擇性，構(gòu)造對(duì)光束在其近場(chǎng)實(shí)現(xiàn)二維空間低通濾波的裝置。本發(fā)明二維空間低通濾波器，有效解決傳統(tǒng)濾波裝置的諸多弊端，具有結(jié)構(gòu)緊湊，即插即用的優(yōu)勢(shì)。
[0025]先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明Rugate薄膜的空間低通濾波器件的示意圖，由圖可見，本發(fā)明Rugate薄膜的光束空間低通濾波器件，沿光路入射方向依次包括Rugate 1、Rugate
2、Rugate 3和Rugate 4，所述的Rugate I和Rugate 2平行相向放置，所述的Rugate 3和Rugate 4平行相向放置，所述的Rugate I和Rugate 3的表面法線方向不平行。Rugatel和Rugate2的參量為:平均折射率與入射處和反射處的折射率均為1.50，折射率調(diào)制度為
0.0012，厚度為500微米。光束為高斯光束，束腰半徑為0.4米，入射角度為0.4807弧度。
[0026]所述的1?呢3七61、1?1^3七62、1?叫3七63和1?1^3七64是在玻璃基底上由物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法制備而成的。
[0027]Rugate I和Rugate 2組成的法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)具有高效率反射部分高頻角譜成分，而高效率透射低頻角譜成分，實(shí)現(xiàn)光束在以Rugate I表面法線為軸，圓錐帶高效率透射所選角譜成分的效果，基本將除圓錐帶內(nèi)部分高頻角譜成分全部濾除的效果，如圖1所示，光束1、光束4和光束5由于都在此圓錐帶內(nèi)，因此被高效率透射，而光束2和光束3在圓錐帶夕卜，因此被高效率反射jugate 3和Rugate 4組成的法布里-?羅腔結(jié)構(gòu)，合理放置Rugate3與Rugate I的相對(duì)位置，理論上，只要使得Rugate I和Rugate3的表面法線不平行放置，該濾波裝置就能實(shí)現(xiàn)光束的二維空間低通濾波效果，實(shí)際應(yīng)用中，為了更有效的濾除高頻角譜成分，Rugatel和Rugate3按照表面發(fā)現(xiàn)相互垂直進(jìn)行放置，可以有效實(shí)現(xiàn)光束二維空間低通濾波的效果。高效率透射出Rugatel和Rugate2所組成的法布里-珀羅結(jié)構(gòu)的光束1、光束4和光束5，由于光束I在Rugate3和Rugate4的高效率透射圓錐帶中，而光束4和光束5不在，因此光束I高效率透射出該裝置，而光束4和光束5被高效率反射，從而該裝置實(shí)現(xiàn)了光束二維空間低通濾波的效果。
[0028]典型的實(shí)施例測(cè)試結(jié)果如圖2、3、4、5所示。
[0029]圖2為實(shí)施例Rugatel和Rugate2組合結(jié)構(gòu)的角譜選擇理論模擬示意圖。
[0030]圖3為實(shí)施例未畸變的高斯光束的空間光強(qiáng)分布。
[0031 ]圖4為實(shí)施例畸變高斯光束的空間光強(qiáng)分布。
[0032]圖5為實(shí)施例空間畸變高斯光束經(jīng)過RugateI和Rugate2組合結(jié)構(gòu)的空間光強(qiáng)分布。
[0033]Rugate3和Rugate4組合結(jié)構(gòu)具有與Rugatel和Rugate2組合結(jié)構(gòu)同樣的效果，再次就不再舉例說明。
[0034]綜合以上的實(shí)施方法，本發(fā)明提出的Rugate薄膜的光束空間低通濾波器件的設(shè)計(jì)方法是切實(shí)有效可行的，表明這種結(jié)構(gòu)確實(shí)可以起到亞毫弧度的角譜選擇特性，具有重要應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Rugate薄膜光束空間低通濾波器件，特征在于其構(gòu)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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，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薄膜的膜層折射率均為正弦型分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜和第二 Rugate薄膜的薄膜表面法線方向相互平行且相向放置，所述的第三Rugate薄膜和第四Rugate薄膜的薄膜表面法線方向相互平行且相向放置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的折射率分布與第二 Rugate薄膜的折射率分布一致，第三Rugate薄膜的折射率分布與第四Rugate薄膜的折射率分布一致。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，其特征在于所述的第一Rugate薄膜的前表面法線方向與第三Rugate薄膜的前表面法線方向不平行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Rugate薄膜空間低通濾波器件，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氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法制備而成的。
【文檔編號(hào)】G02B27/46GK105824129SQ201610145921
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】鄭光威
【申請(qǐng)人】鄭光威