пространственный фильтр

       Пространственные фильтры являются очень важными устройствами в мощных твердотельных лазерных системах.Фазовые искажения, вносимые дефектами оптических элементов, составляют большую долю всех фазовых искажений и охватывают весь спектральный диапазон, фокусируясь на главном лепестке фокального пятна, боковые лепестки фокального пятна и луча.В ближнем поле будет удар. Основная функция пространственного фильтра – устранить пространственную неоднородность луча и тем самым улучшить качество луча. Прецизионное отверстие в сочетании с фокусирующей линзой/объективом образует систему пространственной фильтрации, которая может эффективно удалять шум интенсивности в гауссовском луче и создавать однородный гауссов луч. Как показано на рисунке (1) ниже.

Рисунок 1. Принципиальная схема системы пространственной фильтрации.

       Падающий свет фокусируется через прецизионно отполированную асферическую линзу, а затем проходит через точечное отверстие с центром на оптической оси, которое не только блокирует нежелательные шумовые кольца, но также передает большую часть лазерной энергии и генерирует чистый гауссовский луч. Размер обскуры зависит от размера падающего луча и фокусного расстояния фокусирующей линзы/объектива (при настройке системы необходимо обратить внимание на порог повреждения прецизионной обскуры в фокусе. Можно предварительно ослабьте регулировку, чтобы совместить прецизионное отверстие, а затем увеличьте мощность падающего лазера), размер фокуса. Предельное дифракционное пятно рассчитывается следующим образом:

где λ — длина волны, ƒ — фокусное расстояние, а r — угол падающего луча.1/е2 радиус.

       В реальных системах пространственной фильтрации подходящие прецизионные отверстия и оптические компоненты можно выбирать в соответствии с потребностями.

       Предполагая, что используемая длина волны составляет 532 нм,1/е2 Твердотельный лазер диаметром 1,6 мм получает коллимированный луч диаметром 0,8 мм через систему пространственной фильтрации. Линзу и оправу рекомендуется устанавливать с использованием LBTEK MAC1610-A (диаметр 25,4 мм, фокусное расстояние 50 мм) и оправы MFT. Согласно уравнению 1-1, дифракционный предел диаметра сфокусированного пятна можно получить как:

  Выбор прецизионных точечных отверстий должен учитывать прохождение основного лепестка фокального пятна и обеспечивать качество луча, обеспечивая при этом прохождение более 95% энергии.Фактический размер точечного отверстия примерно на 30% больше, чем размер пятна дифракционного предела, поэтому теоретически мы должны использовать линзу размером более 42,225 мкм.Прецизионные отверстия (рекомендуется выбирать  отверстия размером 45 мкм ). Чтобы гарантировать, что диаметр выходного пятна системы составляет 0,8 мм, коллимирующая линза рекомендует использовать плоско-выпуклую линзу MCX10610-A с фокусным расстоянием 50 мм для расширения и коллимации сфокусированного луча.

       Ниже приведен пример сравнения конкретных экспериментальных результатов. Для экспериментов по фильтрации мы выбрали квазигауссову базовую моду (круглое световое пятно) и близкую к Гауссу основную моду (эллиптическое световое пятно). Различные формы световых пятен напрямую влияют на эффективность использования энергии после Фильтрация Чем ближе к базовой модели Standard, тем выше энергопотребление. ПРИМЕЧАНИЕ. Из-за формы луча овальное пятно требует добавления апертуры для достижения наилучших результатов.

Рисунок 2. Сравнение светового пятна квазигауссовой моды до и после прохождения через систему пространственной фильтрации. Левое изображение (эллиптичность до фильтрации 86,5%), правое изображение (эллиптичность после фильтрации 99%).

Рисунок 3. Сравнение окологауссовой фундаментальной моды до и после прохождения через систему пространственной фильтрации. Левое изображение (эллиптичность до фильтрации 38,7%), правое изображение (эллиптичность после фильтрации 99%).