CN103309050A - 紧凑型狭缝空间滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型狭缝空间滤波器，所述滤波器包括第一柱面镜、第二柱面镜、以及位于第一柱面镜和第二柱面镜之间的球面镜，所述第一柱面镜和第二柱面镜相互垂直且第一柱面镜和第二柱面镜分别与球面镜共焦设置，所述第一柱面镜和球面镜之间设有第一狭缝，第二柱面镜和球面镜之间设有第二狭缝，所述第一狭缝和第二狭缝分别位于第一柱面镜和第二柱面镜的焦线上，且第一狭缝和第二狭缝相互垂直。本发明公开的紧凑型狭缝空间滤波器结构简单紧凑，不需要严苛的高真空环境，而且滤波能力更强。

Description

紧凑型狭缝空间滤波器

技术领域

本发明涉及光学空间滤波装置技术领域，特别是涉及一种针对高功率激光系统的紧凑型狭缝空间滤波器。

背景技术

在高功率激光系统中，当光强达到5×10⁹W/cm²时，光学元件中的非线性效应便不能被忽略。另外，高功率激光系统中有大量的光学元件，由于光学元件表面以及内部的损伤点、污点和不均匀性以及光路中的灰尘和不均匀性等都会使得光束不可避免地受到空间调制。通过B积分理论可知，受空间调制的影响，光束中的部分中高频成分会随传输距离而出现非线性的迅速增长，导致光束出现小尺度自聚焦和成丝等非线性现象。调制使得空间频谱中的中高频率能量增强，造成光束近场的光强分布改变。高能量激光在介质中传输时，小尺度自聚焦是造成对介质的成丝破坏和光束质量下降以及引起激光能量损失的主要原因。同时由于部分中高空间频率的能量增长较快，最终导致光束聚焦的时候光斑主瓣能量减少，而旁瓣能量变大。由此会加剧另外一个问题，即堵孔效应。能否有效解决堵孔问题影响到高功率激光器负载能力的提升。

总而言之，对于功率受限型激光器，如何有效抑制非线性增长较快的中高空间频率，是保护光学元件、提高光束传输质量和减少能量损失的关键问题之一。

传统的空间滤波器由一对正透镜和位于透镜共焦点上的一个滤波小孔组成。空间滤波器的第一个透镜为聚焦透镜，由于在焦平面上频率越高相应离焦斑中心越远，因此可以通过在焦平面上放置的滤波小孔将空间频谱中的中高频成份拦截掉，然后再经过空间滤波器第二个透镜进行准直就实现了光束的低通过滤，改善波前质量，使输出光束均匀化。除滤波之外，空间滤波器还具有其它几个功能，主要包括像传递功能和口径匹配功能。所谓像传递就是将输入的光束无畸变地逐级成像向后一直传输到输出面，通过缩短光束的有效传输距离，减小衍射效应以提高光束质量。综上可知，采用空间滤波器来滤除光束中的中高频成分，能有效的控制小尺度自聚焦现象，提高激光器的负载能力和输出光束的质量目前已是高功率激光系统中不可或缺的关键装置。

在空间滤波器中，最早的滤波小孔为一个带圆孔的平面结构，即所谓的垫圈型滤波孔。随着激光功率越来越大，滤波小孔上所承受的光功率密度也越来越大，超过一定阈值时，强激光与材料的相互作用会导致材料的离子化，并喷发等离子体造成堵孔。为将高功率激光系统所能传输的光功率进一步提高，必须对滤波小孔进行改进。后期出现的四叶型滤波孔的四条边都不在同一个平面上，通过这种改进使得各边上的等离子体爆发有一定的错开，延迟了四周等离子体同时到达光路中心的堵孔时间。更进一步的改进为圆锥型滤波孔，锥孔内表面采用大角度、抛光面以避免材料对光能量的吸收，因此将原本光与出射端面的相互作用改成了光与更宽的入射端面的相互作用，拉远了等离子体爆发处与光路中心的距离，使得堵孔时间增加近一倍。

传统的针孔型空间滤波器将光束聚焦为点状光斑，光斑强度极大，而滤波小孔在焦面上的截止半径必须小于一定的尺寸才能有效滤除具有较快非线性增长的空间频率。因此传统的针孔型滤波器中的滤波小孔通常难免会受到强光辐照并造成堵孔。通过增大透镜焦距可以放大焦斑面积，从而降低焦斑光强。因此尽管滤波孔的不断改进使得高能激光系统的性能有不断的提升，但在如今激光焦斑强度极高的情况下，为满足系统滤波的要求，往往空间滤波器所采用的透镜焦距达到十几米甚至几十米，而且为了防止空气击穿，系统更要求置于高真空环境中。

以美国国家点火装置（NIF）为例，其传输空间滤波器（TSF）中光束聚焦的峰值强度达到10¹⁶W/cm²，要求环境的真空度达到10^-4Torr。另外在截止频率达到39倍衍射极限时，为避免出现堵孔现象，空间滤波器的透镜焦距长达29.7m，此时激光打在滤波小孔上的强度达到5×10¹¹W/cm²。系统总的192路光路中的传输空间滤波器所需的高真空环境体积加起来达到1843m³。

这些问题对于高功率激光系统的建造、使用和维护都提出了更苛刻的要求。为了解决空间滤波器系统冗长和高真空环境要求的问题，尤其是为了能够降低截止频率以进一步提高出射光束近场质量，我们对空间滤波器进行了进一步改进。

为了增大焦斑面积，我们采用柱面镜来替代原来的球面镜。由于柱面镜只对一个方向进行聚焦，因此通过合理的设计，可以将传统针孔型空间滤波器中的水平和竖直方向同时进行的聚焦步骤分解开来，变成每次只有水平方向或者竖直方向聚焦。光束聚焦后也因此成为线状光斑而非点状光斑，从而大大增加焦斑面积，有利于缩短焦距和降低环境真空度，其中滤波孔也由一个小孔改为两个狭缝。可以因此制备紧凑型、低真空度要求、更低截止频率的狭缝型空间滤波器。

目前国内外关于采用柱面镜进行狭缝型空间滤波的研究非常少。中科院上海光机所的余文炎、王桂英、王士森、李亚等（“激光束波面畸变的全息诊断与补偿”，《中国激光》，1983年第04期）曾采用双狭缝来对像散光束的全息成像进行空间滤波，但未提及狭缝滤波的相关性能，也未涉及高功率激光驱动下的狭缝滤波。美国Livermore的A.C.Erlandson（Spatial filter for highaverage power lasers.Alvin.C.Erlandson.US Patent:12,544,988,2009:1～23），采用四块柱面镜代替原来的两个球面镜，中间焦面上安插两个狭缝滤波板。通过将水平与竖直方向的聚焦面错开来，达到将点聚焦转变成线聚焦的目的，从而放大了聚焦面，降低了焦斑的强度。但是这种方法使得空间滤波器中的透镜数量翻番，并且全部都是柱面镜，因此建造和维护的成本大大提高。并且安装时柱面镜相比球面镜要多考虑一个角度维度，而且在NIF系统的大尺寸光束条件下，滤波狭缝与柱面镜之间的偏角要求极为严格，加大了实际安装和维护的困难。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种结构简单紧凑的狭缝空间滤波器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种紧凑型狭缝空间滤波器，其结构简单紧凑，不需要严苛的高真空环境，而且滤波能力更强。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种紧凑型狭缝空间滤波器，所述滤波器包括第一柱面镜、第二柱面镜、以及位于第一柱面镜和第二柱面镜之间的球面镜，所述第一柱面镜和第二柱面镜相互垂直且第一柱面镜和第二柱面镜分别与球面镜共焦设置，所述第一柱面镜和球面镜之间设有第一狭缝，第二柱面镜和球面镜之间设有第二狭缝，所述第一狭缝和第二狭缝分别位于第一柱面镜和第二柱面镜的焦线上，且第一狭缝和第二狭缝相互垂直。

作为本发明的进一步改进，所述第一狭缝的长度大于光束在第一狭缝方向上的最大宽度。

作为本发明的进一步改进，所述第二狭缝的长度大于光束在第二狭缝方向上的最大宽度。

作为本发明的进一步改进，所述球面镜焦距与第一柱面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，球面镜焦距为第一柱面镜焦距的N倍。

作为本发明的进一步改进，所述第二柱面镜焦距与球面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，第二柱面镜焦距为球面镜焦距的N倍。

本发明的有益效果是：

透镜所需焦距大大减小，空间滤波器的整体体积可缩小到一半左右，有利于为目前体积庞大的高功率激光系统减负；

聚焦光斑的峰值强度可降低两到三个数量级，空气击穿的可能性减小，空间滤波器中所需维持的真空度可降低一个数量级，不需要再维持在高真空环境中；

焦斑强度的降低使得滤波小孔（或滤波狭缝）上所受的光强减小，甚至可低于材料的离化阈值，有利于避免堵孔的产生甚至消除堵孔现象；

增强高功率激光系统中空间滤波器的滤波能力，以NIF中的传输空间滤波器为例，在避免堵孔的情况下，可将其截止频率从39倍衍射极限降低到30倍甚至更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一优选实施方式中紧凑型狭缝空间滤波器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明紧凑型狭缝空间滤波器是一种组合式结构，该滤波器包括第一柱面镜、第二柱面镜、以及位于第一柱面镜和第二柱面镜之间的球面镜，第一柱面镜和第二柱面镜相互垂直且第一柱面镜和第二柱面镜分别与球面镜共焦设置，第一柱面镜和球面镜之间设有第一狭缝，第二柱面镜和球面镜之间设有第二狭缝，第一狭缝和第二狭缝分别位于第一柱面镜和第二柱面镜的焦线上，且第一狭缝和第二狭缝相互垂直。

进一步地，第一狭缝的长度大于光束在第一狭缝方向上的最大宽度；第二狭缝的长度大于光束在第二狭缝方向上的最大宽度。

进一步地，球面镜焦距与第一柱面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，球面镜焦距为第一柱面镜焦距的N倍；第二柱面镜焦距与球面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，第二柱面镜焦距为球面镜焦距的N倍。

参图1所示为本发明一优选实施方式中紧凑型狭缝空间滤波器的结构示意图，本实施方式中滤波器从左向右依次包括竖直方向柱面镜10、水平方向狭缝20、球面镜30、竖直方向狭缝40和水平方向柱面镜50。

竖直方向柱面镜10指的是将光束仅在竖直方向进行聚焦的透镜，水平方向柱面镜50指的是将光束仅在水平方向进行聚焦的透镜。

水平方向狭缝20被置于竖直方向柱面镜10和中间球面镜30的共焦面上。光束经过竖直方向柱面镜10后将在焦面上形成水平方向的狭长聚焦光斑，通过水平方向狭缝20对空间频谱进行竖直方向上的过滤，狭缝的宽度方向用于竖直方向的滤波。水平方向狭缝的长度要大于光束在水平方向的最大宽度。根据所需滤除的频率设置好狭缝宽度，对空间频谱进行低通过滤。

竖直方向狭缝40被置于中间球面镜30和水平方向柱面镜50的共焦面上。光束传输到达中间的球面镜30后，在竖直方向被球面镜准直，而在水平方向被球面镜聚焦，在球面镜30和水平方向柱面镜50的共焦面上形成竖直方向的狭长聚焦光斑，通过竖直方向放置的狭缝对聚焦光斑进行空间频谱水平方向上的过滤，狭缝的宽度方向用于水平方向的滤波，最后经过水平方向柱面镜50进行准直。竖直方向狭缝的长度要大于光束在竖直方向的最大宽度。根据所需滤除的频率设置好狭缝宽度，对空间频谱进行低通过滤。

本发明中水平方向的空间频谱过滤与竖直方向的过滤相互之间没有影响，可单独或交换进行。

进一步地，球面镜焦距30与竖直方向柱面镜10焦距相匹配，水平方向柱面镜50焦距与球面镜30焦距相匹配。对光束进行一倍口径匹配时，竖直方向柱面镜、球面镜和水平方向柱面镜的焦距是一样的。对光束进行N倍口径匹配时，球面镜的焦距是竖直方向柱面镜焦距的N倍，水平方向柱面镜的焦距是球面镜焦距的N倍。

高功率激光系统中，传统的针孔型空间滤波器将光束聚焦为点状，聚焦强度极大，而滤波小孔在焦面上的截止半径必须小于一定的尺寸以抑制非线性增长的中高空间频率，因此滤波小孔难免会受到强光辐照，并可能出现堵孔现象。

本发明通过三块透镜将光束原本在竖直和水平方向同时进行的聚焦步骤分解开来，变成每次只有竖直方向或者水平方向单独聚焦。光束聚焦后成为狭长型的线状焦斑而非点状焦斑，线状焦斑的宽度与点状焦斑的直径一致，但线状光斑的长度远大于宽度，从而使焦斑面积大大增加。

上述紧凑型狭缝空间滤波器的滤波原理如下：

假设光束从左往右入射，入射到竖直方向聚焦柱面镜时，光束在竖直方向开始聚焦，而水平方向不受影响，并最终在后焦面上形成水平方向为长度的多条平行线形成的线状光斑，这些平行线对应于入射光束在竖直方向的空间频谱；

经过水平方向的狭缝对空间频谱进行竖直方向的过滤，光束传输到球面镜上，球面镜对光束进行竖直方向的准直，同时对光束在水平方向产生聚焦效果，使得光束经过球面镜后在其后焦面形成竖直方向为长度的多条平行线形成的线状光斑，这些平行线对应于入射光束在水平方向的空间频谱；

经过竖直方向的狭缝对空间频谱进行水平方向的过滤后，光束传输到后面的水平方向柱面镜上，对光束进行水平方向的准直并出射，完成一次完整的狭缝滤波过程。

紧凑型狭缝空间滤波器的像传递效果：

由于狭缝型空间滤波器的透镜在竖直方向和水平方向没有统一的前后焦面，因此首先我们需要在理论上对狭缝型空间滤波器的像传递等功能进行了解。

参图1所示，让光束从第一块透镜的前面未定距离z₀处入射，在最后一块透镜的后面未定距离z₃处出射。入射光束采用方形超高斯平顶光束，但为能在理论推导中得到解析解，其形式以二维多高斯函数来表示：

$T(x,y)=\frac{\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp [-\frac{{(x-\mathrm{mW})}^2}{W^2}]}{\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-m^2)}\frac{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp [-\frac{{(y-\mathrm{nW})}^2}{W^2}]}{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-n^2)},---\left(1\right)$

其中设竖直方向为y方向，水平方向为x方向，R为多高斯函数的阶数，多高斯函数由多个高斯函数采用离轴方式组成，W是其中每一个高斯函数的光束尺寸。在N倍的口径匹配条件下，根据瑞利-索末菲衍射积分中的菲涅尔近似以及透镜变换可得到出射场的形式为：

$\begin{array}{c}U(x,y)=\frac{\exp \left(\mathrm{ikS}\right)}{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-m^2)\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-n}^2\right)}\frac{{-\mathrm{ikW}}^2}{N({2z}_0-{\mathrm{ikW}}^2)+{2z}_3/N}\\ \×\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{\mathrm{ik}{(x+\mathrm{NmW})}^2}{N^2({2z}_0-{\mathrm{ikW}}^2)+{2z}_3}\right)\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{\mathrm{ik}{(y+\mathrm{NnW})}^2}{N^2({2z}_0-{\mathrm{ikW}}^2)+{2z}_3}\right)\end{array},---\left(2\right)$

其中S为系统总光程，k为波数。考虑第一种像传递情况，当z₀N²+z₃=0时，式（2）变成如下形式：

$U(x,y)=\frac{\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-\frac{{(x/N+\mathrm{mW})}^2}{W^2})\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-\frac{{(y/N+\mathrm{nW})}^2}{W^2})}{N\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-m}^2\right)\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-n}^2\right)},---\left(3\right)$

首先在一倍口径匹配条件下（N=1），上式的函数形式与入射场的函数形式是一样的，除了变量x和y后面的加减符号不一样。而由于变量的取值范围关于坐标原点对称，在式子中的求和符号作用下，变量后面的加减号改变对式子并没有影响。在N倍口径匹配的情况下，振幅减小到1/N倍，即光强减小到1/N²倍，而光束近场分布范围在x和y两个方向分别扩大N倍，相当于面积扩大N²倍。光强与光束面积的乘积保持不变，符合光束传输的变化原理。因此这种情况下狭缝滤波器的像传递和口径匹配功能都是满足的。将条件z₀N²+z₃=0转化后可得z₀=z₃=0，也即狭缝滤波器整体的前焦面在第一块柱面镜位置，后焦面在第二块柱面镜位置。

下面通过Matlab程序来模拟第一种情况的像传递效果。模拟时选取的是尺寸为4mm×4mm的8阶超高斯光束，经过调制深度10%的十字叉丝形成入射光束，波长1064nm，透镜焦距取0.1m。采用传统的针孔型空间滤波器与狭缝型滤波器进行对比。模拟结果显示，两种滤波器都满足像传递功能，入射光束上的十字特征像均能完整并且无明显畸变地传递到出射光束上。两种滤波器所得到出射光束的近场调制度和近场对比度基本一致，差异分别为0.7%和2.0%。由此可以推断，当系统整体的前后焦面分别取在前后柱面镜的位置上时，狭缝滤波器的像传递功能是满足的。

第二种像传递情况是以第一块柱面镜的前焦面（z₀=f₁）作为入射面，以最后一块柱面镜的后焦面（z₃=f₃）作为出射面，则（2）式由此变为：

$\begin{array}{c}U(x,y)=\frac{\exp \left(\mathrm{ikS}\right)}{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-m^2)\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-n}^2\right)}\frac{{-\mathrm{ikW}}^2}{N(4f_1-{\mathrm{ikW}}^2)}\\ \underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{\mathrm{ik}{(x+\mathrm{NmW})}^2}{N^2({4f}_1-{\mathrm{ikW}}^2)}\right)\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(\frac{\mathrm{ik}{(y+\mathrm{NnW})}^2}{N^2({4f}_1-{\mathrm{ikW}}^2)}\right)\end{array},---\left(4\right)$

从上式中可以看出影响像传递效果的因子是4f₁-ikW²，只有当4f₁＜＜kW²的时候，像传递功能才能满足。考虑到多数大型激光系统中所采用的基频波长λ=1053nm，在同样的系统F数条件下，我们将几种不同面积大小的光束中影响像传递的因子的比值列举如下：

1).4mm×4mm，焦距0.1m，kW²≈2×4f₁；

2).20mm×20mm，焦距0.5m，kW²≈11×4f₁；

3).100mm×100mm，焦距2.5m，kW²≈54×4f₁；

4).350mm×350mm，焦距9m，kW²≈184×4f₁。

由上面列举可见，在此波长条件下，光束面积越大，像传递功能所受的影响越小。当光束尺寸达到百毫米量级时，即可满足条件4f₁＜＜kW²。此时出射场的函数形式（4）式可以写为：

$U(x,y)=\frac{\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-\frac{{(x/N+\mathrm{mW})}^2}{W^2})}{N\underset{m=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-m}^2\right)}\frac{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp (-\frac{{(y/N+\mathrm{nW})}^2}{W^2})}{\underset{n=-R}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left({-n}^2\right)},---\left(5\right)$

可见（5）式与（3）式的函数形式是一样的，因此同理可知在此条件下像传递和口径匹配功能都是满足的。由于计算机的运行能力有限，通过Matlab程序来直接模拟大面积光束（>40mm×40mm）的像传递要耗费太久时间，超出可承受范围。因此我们只通过数值模拟来对比证实在光束面积越大的情况下像传递功能所受的影响越小这一结论。这里选择4mm×4mm（十字叉丝宽度为0.2mm，焦距0.1m）和20mm×20mm（十字叉丝宽度为1.0mm，焦距0.5m）两种尺寸的光束。入射光束采用的是8阶超高斯光束经过调制深度为10%的十字叉丝所形成。模拟结果显示，两种光束上的十字特征像都产生了明显的形变，但在光束面积更大的情况下，形变有明显的改善，近场调制度和近场对比度也更接近入射波面。由此可以推论，在光束面积足够大时，第二种情况下的像传递也是可以满足的。根据前面所列举影响因子的比值，光束面积达到100mm×100mm时像传递是满足的，而我们所针对的大型激光系统中采用的光束面积均能满足这一要求，例如NIF装置中入射传输空间滤波器的光束面积为350mm×350mm。

紧凑型狭缝空间滤波器的滤波功能：

对本发明采用数值计算来模拟其滤波功能，光束面积选择4mm×4mm，透镜焦距取0.1m，入射光束为20阶超高斯光束经过调制深度为10%的十字叉丝并自由传播一段距离形成。空间频率滤除到6倍衍射极限，相应的截止频率为1.3mm^-1。

由于第一种像传递情况要求物面和像面分别成在前后柱面镜的位置，而实际的透镜都有一定厚度，无论是成像在透镜位置还是将成像位置向外偏离透镜一定距离，都可能会对像传递产生一定影响。因此考虑到实际原因，我们按照第二种像传递模式来证实狭缝空间滤波器的滤波功能。

首先采用针孔滤波器对光束经过进行滤波，得到的频谱图中空间频率被滤除到1.3mm-¹处，与理论计算结果相符合，证明了所采用模拟程序的合理性。

后面采用狭缝型空间滤波器进行模拟。经过狭缝型空间滤波器滤波后，空间频率同样也被滤除到1.3mm^-1处，与理论计算结果相符合。而由于所取的光束面积并不满足第二种像传递的原因，狭缝滤除效果与针孔滤波效果有一些差异，针孔滤波后光束的近场调制度和近场对比度分别为M=1.227和C=0.064，狭缝滤波后的光束近场调制度和近场对比度分别为M=1.203和C=0.060。两者对比近场调制度相差2%，近场对比度相差6.7%。在高功率激光系统中，由于狭缝型空间滤波器中焦斑的光强远低于针孔型空间滤波器中的焦斑光强，狭缝型空间滤波器的截止频率取值往往可以比针孔型空间滤波器的取值小很多，因此实际滤波效果可以比针孔型空间滤波器要好。

综上可得，同样条件下狭缝型空间滤波器与传统的针孔型空间滤波器的滤波能力基本一致。因此可以认为，狭缝型空间滤波器的滤波功能是可以满足的。

由以上技术方案可以看出，本发明紧凑型狭缝空间滤波器结构简单紧凑，不需要严苛的高真空环境，而且滤波能力更强，具体具有以下优点：

透镜所需焦距大大减小，空间滤波器的整体体积可缩小到一半左右，有利于为目前体积庞大的高功率激光系统减负；

聚焦光斑的峰值强度降低两到三个数量级，空气击穿的可能性减小，空间滤波器中所需维持的真空度可降低一个数量级，不需要维持在高真空环境中；

焦斑强度的降低使得滤波小孔（或滤波狭缝）上所受的光强减小，甚至可低于材料的离化阈值，有利于避免堵孔的产生甚至消除堵孔现象；

增强高功率激光系统中空间滤波器的滤波能力，以NIF中传输空间滤波器为例，在避免堵孔的情况下，可将截止频率从39倍衍射极限降低到30倍甚至更低。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种紧凑型狭缝空间滤波器，其特征在于，所述滤波器包括第一柱面镜、第二柱面镜、以及位于第一柱面镜和第二柱面镜之间的球面镜，所述第一柱面镜和第二柱面镜相互垂直且第一柱面镜和第二柱面镜分别与球面镜共焦设置，所述第一柱面镜和球面镜之间设有第一狭缝，第二柱面镜和球面镜之间设有第二狭缝，所述第一狭缝和第二狭缝分别位于第一柱面镜和第二柱面镜的焦线上，且第一狭缝和第二狭缝相互垂直。

2.根据权利要求1所述的紧凑型狭缝空间滤波器，其特征在于，所述第一狭缝的长度大于光束在第一狭缝方向上的最大宽度。

3.根据权利要求1所述的紧凑型狭缝空间滤波器，其特征在于，所述第二狭缝的长度大于光束在第二狭缝方向上的最大宽度。

4.根据权利要求1所述的紧凑型狭缝空间滤波器，其特征在于，所述球面镜焦距与第一柱面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，球面镜焦距为第一柱面镜焦距的N倍。

5.根据权利要求1所述的紧凑型狭缝空间滤波器，其特征在于，所述第二柱面镜焦距与球面镜焦距相匹配，对光束进行N倍口径匹配时，第二柱面镜焦距为球面镜焦距的N倍。

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