Forskare från Osaka University har utvecklat en teknik för att förbättra noggrannheten i laserstråleformning och vågfront som erhålls med konventionella metoder utan extra kostnad genom att optimera virtuellt fasgitter. Resultaten av deras forskning publicerades i Vetenskapliga rapporter .

En högkvalitativ fyrkantig plattbalk efterfrågas för olika områden, såsom enhetlig laserbehandling och medicin, såväl som laserapplikationer med ultrahög intensitet för acceleratorer och kärnfusion. Strålformen är nyckeln till att förverkliga laserns potentiella förmågor och effekter. Dock, eftersom strålformen och vågfronten varierar beroende på laser, balkformning är avgörande för att producera de önskade formerna för att svara mot olika behov.

Statiska och adaptiva strålformningsmetoder har utvecklats för olika applikationer. Med Diffractive Optical Element (DOE) som statisk metod, kantbrantheten och planheten är låg och vågfronten deformeras efter formning. (Figur 1 (a)) Dessutom, datorgenererat hologram (CGH) som en typisk adaptiv metod har samma svårigheter.

Under tiden, en adaptiv strålformningsteknik som använder fasgitter kodat på en spatial ljusmodulator (SLM) med spatial-frekvensfiltrering i Fourierplanet i ett 4f-system utvecklades. (Figur 2 (a)) Denna konventionella metod genererar en kvadratisk flattop-stråle genom att spatialt kontrollera diffraktionseffektiviteten utan att deformera vågfronten. Dock, eftersom de extraherade och kvarvarande komponenterna överlappar varandra i Fourierplanet, det var nödvändigt att skära komponenten med hög spatialfrekvens (HSF) från den extraherade komponenten, begränsar planheten och kantbrantheten hos den resulterande balkformen. (Figur 1 (b))

I den här studien, gruppen utvecklade en universell strålformningsteknik med hög noggrannhet, som kan användas för olika lasrar från ultraviolett till nära-infraröd domän.

Denna metod separerar spatialt de kvarvarande och extraherade komponenterna i Fourierplanet genom att använda ett virtuellt diagonalt fasgitter (Figur 2(b)) och rensar överlappningen genom att göra gittervektorn, kg, icke-parallell med normalvektorerna, kx eller ky, av den önskade balkprofilen, som är parallella med varandra i det konventionella systemet.

Genom att effektivt använda endast extraherade komponenter som innehåller HSF-komponenter, strålformning med hög upplösning uppnåddes. Detta möjliggjorde en mycket likformig flattop-balk av valfri hörnform utan krusningar, dämpa kanten av den formade balken till en höjd av 20 μm, vilket är mindre än 20 % av det som erhålls med konventionella vertikala fasgitter.

Motsvarande författare Yoshiki Nakata säger, "Vår metod, som möjliggör optimering av strålformning genom att förbättra upplösning och noggrannhet, kommer att bidra till ett brett fält, inklusive grundforskning, tillverkning och medicinteknik. I konventionella balkformningssystem, Strålformningsnoggrannheten kan förbättras avsevärt utan extra kostnad helt enkelt genom att byta spatialfrekvensfiltret och fasgittret som är kodat på en SLM."