Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een techniek ontwikkeld voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van laserstraalvorming en golffront verkregen met conventionele methoden zonder extra kosten door virtuele faseroosters te optimaliseren. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Er is vraag naar een vierkante flattop-balk van hoge kwaliteit voor verschillende gebieden, zoals uniforme laserverwerking en medicijnen, evenals lasertoepassingen met ultrahoge intensiteit voor versnellers en kernfusie. De vorm van de straal is de sleutel tot het realiseren van de potentiële mogelijkheden en effecten van de laser. Echter, aangezien de straalvorm en het golffront per laser verschillen, bundelvorming is essentieel voor het produceren van de gewenste vormen om aan verschillende behoeften te voldoen.

Voor verschillende toepassingen zijn statische en adaptieve bundelvormingsmethoden ontwikkeld. Met Diffractive Optical Element (DOE) als statische methode, de steilheid en vlakheid van de randen zijn laag en het golffront wordt vervormd na het vormen. (Figuur 1 (a)) Bovendien, computer-gegenereerd hologram (CGH) als een typische adaptieve methode heeft dezelfde problemen.

In de tussentijd, een adaptieve bundelvormingstechniek die gebruikmaakt van faseraster gecodeerd op een ruimtelijke lichtmodulator (SLM) met ruimtelijke frequentiefiltering in het Fourier-vlak in een 4f-systeem werd ontwikkeld. (Figuur 2 (a)) Deze conventionele methode genereert een vierkante flattop-bundel door de diffractie-efficiëntie ruimtelijk te regelen zonder het golffront te vervormen. Echter, omdat de geëxtraheerde en resterende componenten elkaar overlappen in het Fourier-vlak, het was nodig om de component met hoge ruimtelijke frequentie (HSF) uit de geëxtraheerde component te snijden, het beperken van de vlakheid en de randsteilheid van de resulterende balkvorm. (Figuur 1 (b))

In dit onderzoek, de groep ontwikkelde een universele straalvormtechniek met hoge nauwkeurigheid, die kan worden gebruikt voor verschillende lasers van ultraviolet tot nabij-infrarood domein.

Deze methode scheidt ruimtelijk de resterende en geëxtraheerde componenten in het Fourier-vlak door een virtueel diagonaal faserooster te gebruiken (Figuur 2 (b)) en maakt overlap vrij door de roostervector te maken, kg, niet-parallel aan de normaalvectoren, kx of ky, van het gewenste balkprofiel, die in het conventionele schema evenwijdig aan elkaar zijn.

Door efficiënt alleen geëxtraheerde componenten te gebruiken die HSF-componenten bevatten, bundelvorming met hoge resolutie werd bereikt. Dit zorgde voor een zeer uniforme flattop-balk van elke hoekvorm zonder rimpels, het onderdrukken van de rand van de gevormde straal tot een hoogte van 20 m, wat minder is dan 20% van die verkregen met conventionele verticale faseroosters.

Corresponderende auteur Yoshiki Nakata zegt:"Onze methode, die optimalisatie van de bundelvorming mogelijk maakt door de resolutie en nauwkeurigheid te verbeteren, zal bijdragen aan een breed veld, inclusief fundamenteel onderzoek, productie en medische techniek. In conventionele bundelvormende systemen, De nauwkeurigheid van de bundelvorming kan aanzienlijk worden verbeterd zonder extra kosten, simpelweg door het ruimtelijke frequentiefilter en het faseraster gecodeerd op een SLM te veranderen."