Figura 1. Perfis de viga planos quadrados feitos por:(a) Elemento óptico difrativo (DOE), (b) grade de fase vertical (método convencional), (c) grade de fase diagonal virtual (novo método). Crédito:© 2019 Nakata Y. et al., Relatórios Científicos .
Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram uma técnica para melhorar a precisão da formação do feixe de laser e da frente de onda obtida por métodos convencionais sem custo adicional, otimizando a grade de fase virtual. Os resultados de sua pesquisa foram publicados em Relatórios Científicos .
Uma viga de topo plano quadrada de alta qualidade está em demanda para vários campos, como processamento uniforme de laser e medicamentos, bem como aplicações de laser de intensidade ultra-alta para aceleradores e fusão nuclear. A forma do feixe é a chave para perceber as habilidades e efeitos potenciais do laser. Contudo, uma vez que a forma do feixe e a frente de onda variam de acordo com o laser, a modelagem do feixe é essencial para produzir as formas desejadas para atender às várias necessidades.
Métodos de modelagem de feixe estático e adaptativo foram desenvolvidos para várias aplicações. Com o Diffractive Optical Element (DOE) como um método estático, a inclinação e o nivelamento da borda são baixos e a frente de onda se deforma após a modelagem. (Figura 1 (a)) Além disso, holograma gerado por computador (CGH) como um método adaptativo típico tem as mesmas dificuldades.
Enquanto isso, foi desenvolvida uma técnica de modelagem de feixe adaptativa que usa grade de fase codificada em um modulador de luz espacial (SLM) com filtragem de frequência espacial no plano de Fourier em um sistema 4f. (Figura 2 (a)) Este método convencional gera um feixe plano quadrado ao controlar espacialmente a eficiência da difração sem deformar a frente de onda. Contudo, porque os componentes extraídos e residuais se sobrepõem no plano de Fourier, foi necessário cortar o componente de alta frequência espacial (HSF) do componente extraído, limitando o nivelamento e a inclinação da borda da forma do feixe resultante. (Figura 1 (b))
Figura 2. Layout experimental:grade e filtragem de fase no plano de Fourier do sistema 4f. (a) grade de fase vertical (método convencional), (b) grade de fase diagonal virtual (novo método). Crédito:© 2019 Nakata Y. et al., Relatórios Científicos .
Neste estudo, o grupo desenvolveu uma técnica de modelagem de feixe universal com alta precisão, que pode ser usado para vários lasers do domínio ultravioleta ao infravermelho próximo.
Este método separa espacialmente os componentes residuais e extraídos no plano de Fourier usando uma grade de fase diagonal virtual (Figura 2 (b)) e elimina a sobreposição criando o vetor de grade, kg, não paralelo aos vetores normais, kx ou ky, do perfil de feixe desejado, que são paralelos entre si no esquema convencional.
Usando de forma eficiente apenas componentes extraídos contendo componentes HSF, a modelagem do feixe em alta resolução foi alcançada. Isso permitiu um feixe de topo plano altamente uniforme de qualquer formato de canto sem ondulações, suprimindo a borda da viga moldada a uma altura de 20 μm, que é menos de 20% do obtido com a grade de fase vertical convencional.
O autor correspondente Yoshiki Nakata diz:"Nosso método, que permite a otimização da formação do feixe, melhorando a resolução e a precisão, contribuirá para um amplo campo, incluindo pesquisa básica, fabricação e engenharia médica. Em sistemas convencionais de modelagem de feixe, a precisão da modelagem do feixe pode ser significativamente aprimorada sem nenhum custo extra, simplesmente alterando o filtro de frequência espacial e a grade de fase codificada em um SLM. "
