Исследование влияния широкополосного излучения на распределение интенсивности, формируемое дифракционным оптическим элементом
Карпеев С.В.
, Алфёров С.В., Хонина С.Н., Кудряшов С.И.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет)(СГАУ),
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

Аннотация:
Представлены результаты исследований хроматических свойств дифракционного оптического элемента (ДОЭ), предназначенных для управления лазерной абляцией. Рассмотрено как влияние отклонения длины волны излучения от расчётной при изготовлении ДОЭ, так и влияние уширения спектра, возникающего из-за малой длительности импульса. Первое явление экспериментально исследовано на макете с непрерывным лазером, а второе – в реальных условиях абляции металлических плёнок, нанесённых на диэлектрик. Показано, что отклонение длины волны от расчётной можно использовать для целевого преобразования формы области фокусировки. Явления же, связанные с уширением спектра, не приводят к каким-либо значимым последствиям при выбранных параметрах лазерного пучка.

Ключевые слова :
фемтосекундные явления, бинарная оптика, фазовый сдвиг, неизображающая оптика, хроматизм, дифракционный оптический элемент (ДОЭ).

Литература:

  1. Doskolovich, L.L. Focusators for laser-branding / L.L. Do­skolovich, N.L. Kazanskiy, S.I. Kharitonov, G.V. Usplenjev // Optics and Lasers in Engineering. – 1991. – Vol. 15, Issue 5. – P. 311-322.
  2. Doskolovich, L.L. Focusators into a ring / L.L. Doskolovich, S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, I.V. Nikolsky, V.A. Soifer, G.V. Uspleniev // Optical and Quantum Electronics. – 1993. – Vol. 25. – P. 801-814.
  3. Khonina, S.N. Strengthening the longitudinal component of the sharply focused electric field by means of higher-order laser beams / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38(17). – P. 3223-3226.
  4. Khonina, S.N. Experimental demonstration of the generation of the longitudinal E-field component on the optical axis with high-numerical-aperture binary axicons illuminated by linearly and circularly polarized beams / S.N. Khonina, S.V. Kar­peev, S.V. Alferov, D.A. Savelyev, J. Laukkanen, J. Turunen // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15(8). – P. 5704 (9pp). – DOI: 10.1088/2040-8978/15/8/085704.
  5. ZhanQ. Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications // Advances in Optics and Photonics. – 2009. – Vol. 1. – P. 1-57.
  6. Kraus, M. Microdrilling in steel using ultrashort pulsed laser beams with radial and azimuthal polarization / M. Kraus, M.A. Ahmed, A. Michalowski, A. Voss, R. Weber and T. Graf // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 21. – P. 22305.
  7. Hnatovsky, C. Polarization-dependent ablation of silicon using tightly focused femtosecond laser vortex pulses / C. Hnatovsky, V.G. Shvedov, N. Shostka, A.V. Rode and W. Krolikowski // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37(2). – P. 226-228.
  8. Omatsu, T. Metal microneedle fabrication using twisted light with spin / T. Omatsu, K. Chujo, K. Miyamoto, M. Okida, K. Nakamura, N. Aoki and R. Morita // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 17. – P. 17967-17973.
  9. Meier, M. Material processing with pulsed radially and azimuthally polarized laser radiation / M. Meier, V. Romano, T. Feurer // Applied Physics A. – 2007. – Vol. 86. – P. 329-334.
  10. Khonina, S.N. Polarization converter for higher-order laser beams using a single binary diffractive optical element as beam splitter / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, S.V. Alferov // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37(12). – P. 2385-2387.
  11. Karpeev, S.V. Generation and conversion of mode beams and their polarization states on the basis of diffractive optical element application / S.V. Karpeev, S.N. Khonina, S.V. Alferov // Optical Engineering. – 2013 – Vol. 52(9). – P. 091718. – doi:10.1117/1.OE.52.9.091718.
  12. Venkatakrishnan, K. Generation of Radially Polarized  Beam  for Laser Micromachining / K. Venkatakrishnan, B. Tan // JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering. – 2012. – Vol. 7(3). – P. 274-278.
  13. Хонина, С.Н. Теоретическое и экспериментальное исследование поляризационных преобразований в одноосных кристаллах для получения цилиндрических векторных пучков высоких порядков / С.Н. Хонина, С.В. Карпеев, С.В. Алфёров // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 2. – С. 171-180.
  14. Алфёров, С.В. Экспериментальное исследование фокусировки неоднородно поляризованных пучков, сформированных при помощи секторных пластинок / С.В. Алфёров, С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, О.Ю. Моисеев // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 1. – С. 57-66.
  15. Machavariani, G. Efficient extracavity generation of radially and azimuthally polarized beams / G. Machavariani, Y. Lumer, I. Moshe, A. Meir, S. Jackel // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32(11). – P. 1468-1470.
  16. Novotny, L. Near-field imaging using metal tips illuminated by higher-order Hermite-Gaussian beams / L. Novot­ny, E.J. Sanchez, X.S. Xie // Ultramicroscopy. – 1998. – Vol. 71. – P. 21-29.
  17. Хонина, С.Н. Исследование поляризационной чувствительности ближнепольного микроскопа с использованием бинарной фазовой пластины пучка / С.Н. Хонина, С.В. Алфёров, О.Ю. Моисеев, С.В. Карпеев // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 3. – С. 326-331.
  18. Alferov, S.V. Study of polarization properties of fiber-optics probes with use of a binary phase plate / S.V. Al­ferov, S.N. Khonina and S.V. Karpeev // Journal of the Optical Society of America A. – 2014. – Vol. 31, Issue 4. – P. 802-807.
  19. Алфёров, С.В. О возможности управления лазерной абляцией при острой фокусировке фемтосекундного излучения / С.В. Алфёров, С.В. Карпеев, С.Н. Хонина, К.Н. Тук­маков, О.Ю. Моисеев, С.А. Шуляпов, К.А. Иванов, А.Б. Савельев-Трофимов // Квантовая электроника. – 2014. – № 11. – С. 1061-1065.
  20. Бобров, С.Т. Оптика дифракционных элементов и систем / С.Т. Бобров, Г.И. Грейсух, Ю.Г. Туркевич. – Л.: Машиностроение, 1986. – 223 с.
  21. Грейсух, Г.И. Сравнительный анализ хроматизма дифракционных и рефракционных линз / Г.И. Грейсух, Е.Г. Ежов, С.А. Степанов // Компьютерная оптика. – 2005. – Вып. 28. – С. 60-65.
  22. Слюсарев, Г.Г. Расчёт оптических систем / Г.Г. Слю­сарев. – Л.: Машиностроение, 1975. – 641 с.
  23. Голуб, М.А. Фазовые пространственные фильтры, согласованные с поперечными модами / М.А. Голуб, Н.Л. Ка­занский, И.Н. Сисакян, В.А. Сойфер, С.В. Карпеев, А.В. Мирзов, Г.В. Уваров // Квантовая электроника. – 1988. – Т. 15, № 3. – С. 617.
  24. Хонина, С.Н. Формирование мод Гаусса-Эрмита с помощью бинарных ДОЭ. I. Моделирование и эксперимент / С.Н. Хонина, В.В. Котляр, В.А. Сойфер, М. Хонканен, Я. Турунен // Компьютерная оптика. – 1998. – T. 18. – С. 24-28.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20