Figura 1. Perfiles cuadrados de vigas de techo plano hechos por:(a) Elemento óptico difractivo (DOE), (b) rejilla de fase vertical (método convencional), (c) rejilla virtual de fase diagonal (nuevo método). Crédito:© 2019 Nakata Y. et al., Informes científicos .
Investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado una técnica para mejorar la precisión de la forma del rayo láser y el frente de onda obtenido por métodos convencionales sin costo adicional mediante la optimización de la rejilla de fase virtual. Los resultados de su investigación fueron publicados en Informes científicos .
Se necesita una viga plana cuadrada de alta calidad para varios campos, como el procesamiento uniforme con láser y la medicina, así como aplicaciones láser de ultra alta intensidad para aceleradores y fusión nuclear. La forma del rayo es clave para darse cuenta de las capacidades y efectos potenciales del láser. Sin embargo, dado que la forma del haz y el frente de onda varían según el láser, La conformación del haz es esencial para producir las formas deseadas para responder a diversas necesidades.
Se han desarrollado métodos de conformación de haces estáticos y adaptativos para diversas aplicaciones. Con el elemento óptico difractivo (DOE) como método estático, la inclinación y la planitud del borde son bajas y el frente de onda se deforma después de dar forma. (Figura 1 (a)) Además, El holograma generado por computadora (CGH) como método adaptativo típico tiene las mismas dificultades.
Mientras tanto, Se desarrolló una técnica de modelado de haz adaptativo que utiliza rejilla de fase codificada en un modulador espacial de luz (SLM) con filtrado de frecuencia espacial en el plano de Fourier en un sistema 4f. (Figura 2 (a)) Este método convencional genera un haz cuadrado de superficie plana controlando espacialmente la eficiencia de difracción sin deformar el frente de onda. Sin embargo, debido a que los componentes extraídos y residuales se superponen en el plano de Fourier, era necesario cortar el componente de alta frecuencia espacial (HSF) del componente extraído, limitando la planitud y la inclinación del borde de la forma de haz resultante. (Figura 1 (b))
Figura 2. Disposición experimental:rejilla de fase y filtrado en el plano de Fourier del sistema 4f. (a) rejilla de fase vertical (método convencional), (b) rejilla virtual de fase diagonal (nuevo método). Crédito:© 2019 Nakata Y. et al., Informes científicos .
En este estudio, el grupo desarrolló una técnica de modelado de haz universal con alta precisión, que se puede utilizar para varios láseres desde el dominio ultravioleta hasta el infrarrojo cercano.
Este método separa espacialmente los componentes residuales y extraídos en el plano de Fourier mediante el uso de una rejilla de fase diagonal virtual (Figura 2 (b)) y elimina la superposición haciendo el vector de rejilla, kg, no paralelo a los vectores normales, kx o ky, del perfil de viga deseado, que son paralelos entre sí en el esquema convencional.
Al utilizar de manera eficiente solo componentes extraídos que contienen componentes HSF, Se logró la conformación del haz a alta resolución. Esto permitió una viga de superficie plana altamente uniforme de cualquier forma acorralada sin ondulaciones, suprimir el borde de la viga perfilada a una altura de 20 μm, que es menos del 20% del obtenido con rejilla de fase vertical convencional.
El autor para correspondencia Yoshiki Nakata dice:"Nuestro método, que permite la optimización de la configuración del haz mejorando la resolución y la precisión, contribuirá a un amplio campo, incluida la investigación básica, fabricación e ingeniería médica. En los sistemas convencionales de conformación de vigas, La precisión del modelado del haz se puede mejorar significativamente sin costo adicional simplemente cambiando el filtro de frecuencia espacial y la rejilla de fase codificada en un SLM ".
