Study of the broadband radiation intensity distribution formed by diffractive optical elements

Abstract

1 Институт систем обработки изображений РАН, 2 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва(национальный исследовательский университет)(СГАУ), 3 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Аннотация Представлены результаты исследований хроматических свойств дифракционного опти-ческого элемента (ДОЭ), предназначенных для управления лазерной абляцией. Рассмотрено как влияние отклонения длины волны излучения от расчётной при изготовлении ДОЭ, так и влияние уширения спектра, возникающего из-за малой длительности импульса. Первое яв-ление экспериментально исследовано на макете с непрерывным лазером, а второе -в ре-альных условиях абляции металлических плёнок, нанесённых на диэлектрик. Показано, что отклонение длины волны от расчётной можно использовать для целевого преобразования формы области фокусировки. Явления же, связанные с уширением спектра, не приводят к каким-либо значимым последствиям при выбранных параметрах лазерного пучка.Ключевые слова: фемтосекундные явления, бинарная оптика, фазовый сдвиг, неизобра-жающая оптика, хроматизм, дифракционный оптический элемент (ДОЭ). ВведениеВ настоящее время обработка материалов лазер-ным излучением, наряду с традиционными методами, основанными на механическом, электрохимическом, электрофизическом и физико-химическом воздейст-виях, занимает одну из лидирующих позиций. Из-вестны методы лазерной обработки материалов, ос-нованные на управлении распределением интенсив-ности в фокальной области на основе фазовой моду-ляции исходного пучка с помощью дифракционных оптических элементов [1, 2], однако эти методы были разработаны в рамках параксиальной скалярной тео-рии. При острой фокусировке механизм формирова-ния распределения интенсивности принципиально сложнее. Кроме того, при острой фокусировке необ-ходимо учитывать фазово-поляризационные преобра-зования, влияющие на распределение интенсивности в фокальной плоскости [3,4].Поскольку имеется поляризационная зависимость поглощения излучения в металлах, причём у разных металлов она разная, эффективность применения пучка с некоторой неоднородной поляризацией тре-бует каждый раз отдельного исследования. Наиболь-шее внимание исследователей, в силу своих особых свойств, привлекают цилиндрические векторные пуч-ки [5], и в особенности пучки с радиальной и азиму-тальной поляризациями излучения, имеющие опреде-лённые преимущества при обработке материалов [6][7][8][9]. Методы формирования пучков с азимутальной и радиальной поляризацией, основанные на примене-нии волновых пластинок и ДОЭ [10, 11], весьма сложно адаптировать к задачам обработки материа-лов. Более удобными для таких задач являются мето-ды, основанные на применении двулучепреломляю-щих кристаллов [12, 13]. Также весьма просты в реа-лизации и эффективны различные типы секторных пластинок [14, 15]. Однако при использовании им-пульсных лазеров высокая пиковая мощность и ши-рокий спектр фемтосекундных импульсов сущест-венно затрудняют применение вышеупомянутых ме-тодов формирования цилиндрических векторных пучков. Определённым компромиссом пр...

Feasibility Study and Modeling of Components for an Informational Space System Based on a Large Diffractive Membrane

“…Aso, it enables simple elements replication in order to form both spherical and aspherical wavefront sets, making diffractive optic's elements useful for different applications. The majority of studies consider diffractive optical elements either as additional elements for the compensation of aberrations of a refractive imaging system [4,5], or as elements for focusing on a particular area [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14]. For example, in [6,7] longitudinal intensity distribution for a coherent case is considered, [8] considers the process of a plane wave focus using a Fresnel lens, and [9] researches methods of compensation of DOE chromatic aberration.…”

For the anniversary of professor S.N. Khonina

“…Khonina is the study of chromatic properties of DOEs [91][92][93], which is important both in imaging systems [94][95][96][97][98] and in the laser processing of materials [99][100][101][102]. She has considered the influence of the light wavelength deviation from the base one in the manufacture of DOE, as well as the effect of broadening the spectrum while using nonmonochromatic radiation sources.…”

Imaging systems based on generalized lenses

“…Развитие технологий формирования микрорельефов с высотой существенно больше микрометра даёт возможность изготовления дифракционных [5,6] или гармонических линз [7], аппроксимирующих любую асферическую поверхность [8]. Конечно, в этом случае необходимо компенсировать хроматические искажения [8,9], но с увеличением высоты рельефа они уменьшаются [7]. Трудоёмкость этой технологии не зависит от формы поверхности, которая аппроксимируется микрорельефом.…”