基于Bragg体光栅的角选择宽带滤波器件研究

本项目针对高功率激光传输系统中的空间滤波问题，开展基于Bragg体光栅的角选择宽带滤波器件研究。利用严格耦合波理论模拟Bragg光栅器件的光学传递特性，提出采用体光栅和面光栅相结合的方式实现角选择宽带滤波新概念。开展基于光致热敏折射率（PTR）玻璃材料的新型角选择宽带滤波结构器件的制备研究，实现宽带滤波器在激光传输中的一维和二维近场光束空间滤波特性。实验制备的宽带滤波器的尺寸大于15mm×15mm，滤波光谱带宽达30纳米，整个光谱带宽范围内，单个Bragg器件的最低衍射效率达到80%以上，宽带滤波器的最低衍射效率达到70%。本项目的完成将为解决宽带高功率激光（尤其是大口径强激光光束）的空间滤波难题提供新思路，具有重要的科学研究价值和应用前景。

本项目针对高功率激光传输系统中的空间滤波问题，开展了基于体布拉格光栅和表面衍射光栅结合的宽带角度选择滤波器件研究。利用严格耦合波理论和Kogelnik耦合波理论分别对表面衍射光栅的衍射特性和体布拉格光栅的角度选择特性进行详细理论分析和优化设计；提出采用了非对称输出衍射光栅和体布拉格光栅结合、对称输出衍射和体布拉格光栅结合的两种方案实现宽带角度选择的近场滤波方案，尤其是采用二元相位光栅的三级衍射特性和体光栅结合的方案获得了滤波带宽为100纳米范围内，系统的衍射效率达到92%~95%。开展基于光致热敏折射率(photo-thermo-refractive)玻璃材料制备、紫外曝光和热处理工艺制备体布拉格光栅器件，获得光栅器件的尺寸大于15mm×15mm，衍射效率大于81%。实验上采用“闪耀光栅-体光栅-闪耀光栅”方案，进行宽带角选择近场滤波实验演示，结果表明，经过该滤波系统之后，调制周期大于1lp/mm的近场调制干扰信号基本被滤除，即经过宽带滤波系统后，近场调制度M和对比度C有明显下降，特别是在1lp/mm、2lp/mm和3lp/mm的深度调制下，光束滤波后其调制度分别下降到滤波前的40.8%，61.3% 和60.2%；对比度分别下降到滤波之前的35.1%，56.1% 和47.7%。实验中采用的体布拉格光栅周期0.96微米，闪耀光栅周期520lp/mm，获得滤波带宽65mm。体布拉格光栅的二维角选择滤波实验进一步获得更优秀的角度选择性和更强的滤波能力。本项目的完成为解决激光传输尤其是大口径强激光光束传输的空间滤波难题的解决提供了重要的科学依据，具有重要的科学研究价值和应用前景。