Исследование фокусировки  близкорасположенные световые пятна при освещении дифракционных оптических элементов коротким импульсным лазерным пучком
Хонина С.Н., Дегтярев С.А., Порфирьев А.П., Моисеев О.Ю., Полетаев С.Д., Ларькин А.С., Савельев-Трофимов А.Б.

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

 

DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-2-187-196

Аннотация:
Выполнено сравнительное численное исследование формирования в фокальной плоскости близкорасположенных световых пятен с помощью дифракционной решётки и бинарных оптических элементов, согласованных с модами Эрмита–Гаусса. Показано, что при низких индексах мод обеспечивается хорошее качество формирования световых пятен и относительная устойчивость к хроматической дисперсии. Эксперименты с импульсным и перестраиваемым лазерами показали перспективность использования фазовых оптических элементов, согласованных с модами ТЕМ(1,0) и ТЕМ(1,1), для фокусировки в набор близкорасположенных световых пятен.

Ключевые слова:
фокусировка в набор световых пятен, дифракционный оптический элемент, бинарная фаза, короткие лазерные импульсы, хроматическая дисперсия.

Цитированиe:
Хонина, С.Н. Исследование фокусировки в близкорасположенные световые пятна при освещении дифракционных оптических элементов коротким импульсным лазерным пучком / С.Н. Хонина, С.А. Дегтярев, А.П. Порфирьев, О.Ю. Моисеев, С.Д. Полетаев, А.С. Ларькин, А.Б. Савельев-Трофимов // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 2. – С. 187-196.

Литература:

  1. Umstadter, D. Relativistic laser-plasma interactions / D. Umstadter // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2003. – Vol. 36(8). – P. R151-R165.
  2. Sun, H.-B. Two-photon photopolymerization and 3D lithographic microfabrication / H.-B. Sun, S. Kawata // Advances in Polymer Science. – 2004. – Vol. 170. – P. 169-273.
  3. Salamin, Y.I. Relativistic high-power laser–matter interactions / Y.I. Salamin, S.X. Hu, K.Z. Hatsagortsyan, C.H. Keitel // Physics Reports. – 2006. – Vol. 427(2-3). – P. 41-155.
  4. Malka, V. Principles and applications of compact laser-plasma accelerators / V. Malka, J. Faure, Y.A. Gauduel, E. Lefebvre, A. Rousse K.T. Phuoc // Nature Physics. – 2008. – Vol. 4. – P. 447-453.
  5. Cheng, J. A review of ultrafast laser materials micromachining / J. Cheng, C. Liu, S. Shang, D. Liu, W. Perrie, G. De­arden and K. Watkins // Optics and Laser Technology. – 2013. – Vol. 46. – P. 88-102.
  6. Андреев, А.В. Ядерные процессы в высокотемпературной плазме, индуцируемой сверхкоротким лазерным импульсом / А.В. Андреев, В.М. Гордиенко, А.Б. Савельев // Квантовая электроника. – 2001. – Т. 31, № 11. – С. 941-956.
  7. 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.
  8. Kato, N. Multiple-spot parallel processing for laser micronanofabrication / N. Kato, N. Takeyasu, Y. Adachi, H.-B. Sun and S. Kawata // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 86(4). – P. 044102-044104.
  9. Salter, P.S. Addressable microlens array for parallel laser microfabrication / P.S. Salter and M.J. Booth // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36(12). – P. 2302-2304.
  10. Shoji, S. Photofabrication of three-dimensional photonic crystals by multibeam laser interference into a photopolymerizable resin / S. Shoji and S. Kawata // Applied Physics Letters. – 2000. – Vol. 76(19). – P. 2668-2670.
  11. Kondo, T. Multiphoton fabrication of periodic structures by multibeam interference of femtosecond pulses / T. Kondo, S. Matsuo, S. Juodkazis, V. Mizeikis and H. Misawa // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82(17). – P. 2758-2760.
  12. Dong, X.-Z. Micronanofabrication of assembled three-dimen­sional microstructures by designable multiple beams multiphoton processing / X.-Z. Dong, Z.-S. Zhao and X.-M. Duan // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 91(12). – P. 124103.
  13. Дифракционная компьютерная оптика / Д.Л. Головашкин, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, В.В. Котляр, В.С. Павельев, Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина; под ред. В.А. Сойфера. – М.: Физматлит, 2007. – 736 с.
  14. Дифракционная нанофотоника / А.В. Гаврилов, Д.Л. Голо­вашкин, Л.Л. Досколович, П.Н. Дьяченко, А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, А.Г. Налимов, Д.В. Нестеренко, В.С. Павель­ев, Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина, Я.О. Шую­пова; под ред. В.А. Сойфера. – М.: Физматлит, 2011. – 680 с.
  15. Kuroiwa, Y. Arbitrary micropatterning method in femtosecond laser microprocessing using diffractive optical elements / Y. Kuroiwa, N. Takeshima, Y. Narita, S. Tanaka and K. Hirao // Optics Express. – 2004. – Vol. 12(9). – P. 1908-1915.
  16. Hayasaki, Y. Variable holographic femtosecond laser processing by use of a spatial light modulator / Y. Hayasaki, T. Sugimoto, A. Takita and N. Nishida // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 87(3). – P. 031101.
  17. Kelemen, L. Parallel photopolymerisation with complex light patterns generated by diffractive optical elements / L. Kelemen, S. Valkai and P. Ormos // Optics Express. – 2007. – Vol. 15(22). – P. 14488-14497.
  18. Kuang, Z. High throughput diffractive multi-beam femtosecond laser processing using a spatial light modulator / Z. Kuang, W. Perrie, J. Leach, M. Sharp, S.P. Edwardson, M. Padgett, G. Dearden and K.G. Watkins // Applied Surface Science. – 2008. – Vol. 255(5). – P. 2284-2289.
  19. Kuang, Z. Fast parallel diffractive multi-beam femtosecond laser surface micro-structuring / Z. Kuang, D. Liu, W. Perrie, S. Edwardson, M. Sharp, E. Fearon, G. Dearden and K. Watkins // Applied Surface Science. – 2009. – Vol. 255(13-14). – P. 6582-9588.
  20. Obata, K. Multi-focus two-photon polymerization technique based on individually controlled phase modulation / K. Obata, J. Koch, U. Hinze and B.N. Chichkov // Optics Express. – 2010. – Vol. 18(16). – P. 17193-17200.
  21. Amako, J. Chromatic-distortion compensation in splitting and focusing of femtosecond pulses by use of a pair of diffractive optical elements / J. Amako, K. Nagasaka and N. Kazuhiro // Optics Letters. – 2002. – Vol. 27(11). – P. 969-971.
  22. Torres-Peiró, S. Parallel laser micromachining based on diffractive optical elements with dispersion compensated femtosecond pulses / S. Torres-Peiró, J. González-Ausejo, O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, P. Andrés and J. Lancis // Optics Express. – 2013. – Vol. 21(26). – P. 31830-31836.
  23. Zapata-Rodríguez, C.J. Isotropic compensation of diffraction-driven angular dispersion / C.J. Zapata-Rodríguez and M.T. Caballero // Optics Letters. – 2007. – Vol. 32(17). – P. 2472-2474.
  24. Карпеев, С.В Исследование влияния широкополосного излучения на распределение интенсивности, формируемое дифракционным оптическим элементом / С.В. Карпеев, С.В. Алфёров, С.Н. Хонина, С.И. Кудряшов // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 4. – С. 689-694.
  25. Berezny, A.E. Computer-generated holographic optical elements produced by photolithography / A.E. Berezny, S.V. Karpeev, G.V. Uspleniev // Optics and Lasers in Engineering.  – 1991. – Vol. 15(5). – P. 331-340.
  26. 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. – № 18. – С. 24-28.
  27. Khonina, S.N. Generation of Gauss-Hermite modes using binary DOEs / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, J. Lautanen, M. Honkanen, J. Turunen // Proceedings of SPIE. – 1999. – Vol. 4016. – P. 234-239.
  28. Хонина, С.Н. Формирование мод Гаусса-Эрмита с помощью бинарных ДОЭ. II. Оптимизация апертурной функции / С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 1998. – № 18. – С. 28-36.
  29. Kirk, J.P. Phase-only complex-valued spatial filters / J.P. Kirk and A.L. Jones // Journal of the Optical Society of America. – 1971. – Vol. 61(8). – P. 1023-1028.
  30. Haskell, R.E. New coding technique for computer-generated holograms / R.E. Haskell and B.C. Culver // Applied Optics. – 1972. – Vol. 11(11). – P. 2712-2714.
  31. Chu, D.C. Recent approach to computer-generated holograms / D.C. Chu and J.R. Fienup // Optical Engineering. – 1974. – Vol. 13(3). – P. 189-195.
  32. Котляр, В.В. Метод частичного кодирования для расчета фазовых формирователей мод Гаусса–Эрмита / В.В. Котляр, С.Н. Хонина, В.А. Сойфер // Автометрия. – 1999. – № 6. – С. 74-83.
  33. Kotlyar, V.V. Fractional encoding method for spatial filters computation / V.V. Kotlyar, S.N. Khonina, A.S. Melekhin, V.A. Soifer // Asian Journal of Physics. – 1999. – Vol. 8(3). – P. 273-286.
  34. Khonina, S.N. Encoded binary diffractive element to form hyper-geometric laser beams / S.N. Khonina, S.A. Balalayev, R.V. Skidanov, V.V. Kotlyar, B. Paivanranta, J. Turunen // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11(6). – P. 065702.
  35. Ivanov, K. Acceleration of heavy multicharged ions in the interaction of a subrelativistic femtosecond laser pulse with a melted metal surface / K. Ivanov, D. Uryupina, N. Morshedian, R. Volkov and A. Savel’ev // Plasma Physics Reports. – 2010. – Vol. 36(2). – P. 99-104.
  36. Uryupina, D.S. Femtosecond laser-plasma interaction with prepulse-generated liquid metal microjets / D.S. Uryupina, K.A. Ivanov, A.V. Brantov, A.B. Savel'ev, V.Yu. Bychenkov, M.E. Povarnitsyn, R.V. Volkov, V.T. Tikhonchuk // Physics of Plasmas. – 2012. – Vol. 19. – P. 013104(1-8).
  37. Lar'kin, A. Microjet formation and hard x-ray production from a liquid metal target irradiated by intense femtosecond laser pulses / A. Lar'kin, D. Uryupina, K. Ivanov, A. Savel'ev, T. Bonnet, F. Gobet, F. Hannachi, M. Tarisien, M. Versteegen, K. Spohr, J. Breil, B. Chimier, F. Dorchies, C. Fourment, P.-M. Leguay and V.T. Tikhonchuk // Physics of Plasmas. – 2014. – Vol. 21. – P. 093103(1-7).

© 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