基于驼峰Bragg体光栅的带阻近场空间滤波研究

The suppression of low and medium spatial frequencies to increase the output ability further in the high-power laser system has been the main research for tens of years. We propose a novel near-field band-stop angular filtering based on the hump volume Bragg gratings. In this project, the origin, physical model and the design technology of the hump volume Bragg gratings is will be studied. The diffraction characteristics and the Bragg selectivity of the hump volume gratings will be analyzed. Based on the research on photosensitivity and crystallization characteristics of photo-thermo-refractive glass, the hump volume Bragg gratings for the band-stop angular filtering are fabricated. The performance of the hump volume Bragg gratings and the band-stop angular filtering will be characterized. The suppression ability of specific medium and high spatial frequencies and B integral in high-energy and high-power laser system will be studied in detail. Undoubtedly, this project will open up a new field for micro-and-nanometer structured optical devices, laser devices and laser technology, and also has a potential application in the field of advanced laser science and technology, etc.

如何有效地抑制高能、高功率激光中的中低频空间调制，进一步提高激光系统的输出能力，一直是高功率激光技术的热点研究问题。本项目提出一种基于驼峰Bragg体光栅的新型带阻近场滤波技术。建立驼峰Bragg光栅的物理模型和设计技术，研究驼峰Bragg体光栅的成因，分析其衍射特性与布拉格选择特性，研究光热敏折变玻璃的光敏与析晶特性，制备带阻滤波用的驼峰Bragg体光栅。开展光栅的性能表征与带阻近场空间滤波特性研究，研究带阻滤波器对高能、高功率激光系统中特定中高频调制的抑制能力以及对B积分的控制能力。本项目无疑将开拓微纳光学器件、新型激光器件和激光技术交叉应用研究的一个新领域，不仅在微纳光学器件的发展具有重要意义，而且在先进激光科学技术等高新技术领域具有重要的实用价值。

如何有效地控制高峰值功率激光中的中低频空间调制，抑制激光脉冲传输放大过程中的非线性快速增长，提升激光系统的输出能力，一直是高功率激光技术的热点研究问题。本项目提出了一种基于驼峰Bragg体光栅的新型带阻近场滤波技术，取得了一些列创新性研究成果：①在厚度一定条件下，通过增加体Bragg光栅的折射率调制度，获得了一种具有双衍射峰特性的新型驼峰Bragg体光栅；②国内率先制备了口径20mm×20mm的驼峰Bragg体光栅样件，低频透过率大于95%，驼峰衍射效率大于35%；③提出了基于Bragg体光栅级联的近场带阻滤波技术。理论模拟与实验结果表明：将目标光束偏离布拉格角入射Bragg体光栅，光栅主衍射峰即可同时将光束中某一区间的相位调制和振幅调制高效衍射，实现对此区间空间调制的近场带阻滤波；采用耦合波理论明确了影响滤波特性的因素，滤波特征频率和滤波带宽分别由偏离布拉格条件的角度和Bragg体光栅器件角度选择宽度决定；④提出了基于Bragg体光栅的波前优化技术。Bragg体光栅可高效地优化光束的中高频波前畸变，优化后光束的波前PV值降低了9.93倍、RMS值降低了5.05倍，明显提高了光束的可聚焦功率，斯特列尔比提高了2.23倍；⑤开展了带阻滤波技术突破高功率激光系统中B积分受限能力的研究。在不改变现有激光驱动装置总体设计条件下，可将级间B积分从1.8放宽至约2.5，这意味着在不增加装置建设成本的基础上增加装置50%的输出能力。本项目无疑将开拓微纳光学器件、新型激光器件和激光技术交叉应用研究的一个新领域，不仅在微纳光学器件的发展具有重要意义，而且在先进激光科学技术等高新技术领域具有重要的实用价值。