RU2750692C1 - Device for forming uniform distribution of laser radiation on target - Google Patents
Device for forming uniform distribution of laser radiation on target Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750692C1 RU2750692C1 RU2020133990A RU2020133990A RU2750692C1 RU 2750692 C1 RU2750692 C1 RU 2750692C1 RU 2020133990 A RU2020133990 A RU 2020133990A RU 2020133990 A RU2020133990 A RU 2020133990A RU 2750692 C1 RU2750692 C1 RU 2750692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- raster
- laser radiation
- elements
- distribution
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к лазерной технике и может быть использовано для формирования равномерного распределения интенсивности лазерного излучения при фокусировке на мишень в мощных лазерных установках.The invention relates to the field of quantum electronics, in particular, to laser technology and can be used to form a uniform distribution of the intensity of laser radiation when focusing on a target in powerful laser systems.
Обеспечение однородного облучения мишени - ключевая задача в технике лазерного термоядерного синтеза. Крупномасштабная неоднородность облучения может привести к нарушению симметрии сжатия мишени, что делает невозможным достижение требуемой степени сжатия. Мелкомасштабная неоднородность (спеклы) может привести к развитию параметрических неустойчивостей, уменьшению эффективности поглощения лазерного излучения материалом мишени, генерации горячих электронов. В целом, в экспериментах по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом, неоднородность облучения затрудняет интерпретацию экспериментальных результатов. Кроме того, равномерное облучение необходимо в некоторых методах лазерной обработки материалов.Ensuring uniform target irradiation is a key task in the technique of laser thermonuclear fusion. Large-scale irradiation inhomogeneity can lead to violation of the compression symmetry of the target, which makes it impossible to achieve the required compression ratio. Small-scale inhomogeneity (speckles) can lead to the development of parametric instabilities, a decrease in the efficiency of absorption of laser radiation by the target material, and the generation of hot electrons. On the whole, in experiments on the interaction of high-power laser radiation with matter, the irradiation inhomogeneity makes it difficult to interpret the experimental results. In addition, uniform irradiation is required in some laser material processing methods.
Известно несколько способов уменьшения крупномасштабной неоднородности облучения мишеней, таких как использование линзовых растров [X. Deng, X. Liang, Ζ. Chen et al, "Uniform illumination of large targets using a lens array," Appl. Opt., 25(3), 377-381, 1986], случайным образом разупорядоченных фазовых пластин [Y. Kato and K. Mima, "Random Phase Shifting of Laser Beam for Absorption Profile Smoothing and Instability Suppression in Laser Produced Plasmas," Appl. Phys. B, 29(3), 186-187, 1982], киноформных фазовых пластин [S.N. Dixit, J.K. Lawson, K.R. Manes et al, "Kinoform phase plates for focal plane irradiance profile control," Opt. Lett., 19(6), 417-419, 1994], непрерывных фазовых пластин [S.N. Dixit, M.D. Feit, M.D. Perry et al, "Designing fully continuous phase screens for tailoring focal-plane irradiance profiles," Opt. Lett., 21(21), 1715-1717, 1996]. Известно также несколько способов уменьшения мелкомасштабной неоднородности (пространственно-временного сглаживания): наведенная пространственная некогерентность [R.H. Lehmberg and S.P. Obenschain, "Use of induced spatial incoherence for uniform illumination of laser fusion targets," Opt. Commun., 46(1), 27-31, 1983], сглаживание с помощью многомодового оптического волокна [D. Veron, H. Ayral, С. Gouedard et al, "Optical spatial smoothing of nd-glass laser beam," Opt. Commun., 65(1), 42-46, 1988], сглаживание с помощью спектральной дисперсии [S. Skupsky, R.W. Short, T. Kessler et al, "Improved laser-beam uniformity using the angular dispersion of frequency-modulated light," J. Appl. Phys., 66(8), 3456-3462, 1989], поляризационное сглаживание [T.R. Boehly, V.A. Smalyuk, D.D. Meyerhofer et al, "Reduction of laser imprinting using polarization smoothing on a solid-state fusion laser," J. Appl. Phys., 85(7), 3444-3447, 1999] и другие.Several methods are known to reduce large-scale irradiation inhomogeneity of targets, such as the use of lens rasters [X. Deng, X. Liang, Ζ. Chen et al, "Uniform illumination of large targets using a lens array," Appl. Opt., 25 (3), 377-381, 1986], randomly disordered phase plates [Y. Kato and K. Mima, "Random Phase Shifting of Laser Beam for Absorption Profile Smoothing and Instability Suppression in Laser Produced Plasmas," Appl. Phys. B, 29 (3), 186-187, 1982], kinoform phase plates [S.N. Dixit, J.K. Lawson, K.R. Manes et al, "Kinoform phase plates for focal plane irradiance profile control," Opt. Lett., 19 (6), 417-419, 1994], continuous phase plates [S.N. Dixit, M.D. Feit, M.D. Perry et al, "Designing fully continuous phase screens for tailoring focal-plane irradiance profiles," Opt. Lett., 21 (21), 1715-1717, 1996]. There are also several ways to reduce small-scale heterogeneity (space-time smoothing): induced spatial incoherence [R.H. Lehmberg and S.P. Obenschain, "Use of induced spatial incoherence for uniform illumination of laser fusion targets," Opt. Commun., 46 (1), 27-31, 1983], anti-aliasing using multimode optical fiber [D. Veron, H. Ayral, C. Gouedard et al, "Optical spatial smoothing of the nd-glass laser beam," Opt. Commun., 65 (1), 42-46, 1988], smoothing using spectral dispersion [S. Skupsky, R.W. Short, T. Kessler et al, "Improved laser-beam uniformity using the angular dispersion of frequency-modulated light," J. Appl. Phys., 66 (8), 3456-3462, 1989], polarization smoothing [T.R. Boehly, V.A. Smalyuk, D.D. Meyerhofer et al, "Reduction of laser imprinting using polarization smoothing on a solid-state fusion laser," J. Appl. Phys., 85 (7), 3444-3447, 1999] and others.
Часто использующимся устройством для формирования однородного распределения излучения на мишени является линзовый растр, выполненный в виде двумерного массива одинаковых линз. Лазерное излучение, перед фокусировкой на мишень, проходит через линзовый растр. Если размер одного элемента растра равен D, а фокусные расстояния элемента растра и фокусирующего объектива равны f и F соответственно, то размер пятна на мишени (на расстоянии F от объектива) будет равенA frequently used device for forming a uniform distribution of radiation on a target is a lens raster made in the form of a two-dimensional array of identical lenses. Laser radiation, before focusing on the target, passes through the lens raster. If the size of one raster element is D, and the focal lengths of the raster element and the focusing lens are f and F, respectively, then the spot size on the target (at a distance F from the lens) will be
Линзы в растре могут иметь различную форму: квадратную, прямоугольную, шестиугольную или иную. Линза может быть астигматической, то есть, иметь разные фокусные расстояния во взаимно ортогональных направлениях в поперечной плоскости. Форма пятна на мишени геометрически подобна форме элемента растра, но с растяжением или сжатием вдоль некоторого направления, в соответствии с формулой (1), если элементы астигматические.The lenses in the raster can be of various shapes: square, rectangular, hexagonal or otherwise. The lens can be astigmatic, that is, have different focal lengths in mutually orthogonal directions in the transverse plane. The shape of the spot on the target is geometrically similar to the shape of a raster element, but with stretching or compression along a certain direction, in accordance with formula (1), if the elements are astigmatic.
Недостатками устройства являются: 1) дифракционные колебания интенсианости на краях пятна излучения на мишени; 2) наличие мелкомасштабной неоднородности облучения - спеклов; 3) крупномасштабная неравномерность облучения мишени в случае неравномерности распределения интенсивности лазерного пучка, падающего на растр. The disadvantages of the device are: 1) diffraction oscillations of the intensity at the edges of the radiation spot on the target; 2) the presence of small-scale irradiation inhomogeneity - speckles; 3) large-scale irregularity of target irradiation in the case of irregularity of the intensity distribution of the laser beam incident on the raster.
Наиболее близким по назначению (прототипом) устройством для формирования однородного распределения излучения на мишени является растр с аподизацией элементов, которые имеют различную толщину вдоль направления распространения лазерного излучения, при этом фокусные расстояния элементов имеют одинаковые знаки. (однокомпонентный растр) [X. Zhao, Y. Gao, F. Li et al, "Beam smoothing by a diffraction-weakened lens array combining with induced spatial incoherence," Appl. Opt., 58(8), 2121-2126, 2019], в котором предложены методы устранения первых двух из вышеописанных недостатков.The closest in purpose (prototype) device for forming a uniform distribution of radiation on a target is a raster with apodization of elements that have different thicknesses along the direction of propagation of laser radiation, while the focal lengths of the elements have the same signs. (one-part raster) [X. Zhao, Y. Gao, F. Li et al, "Beam smoothing by a diffraction-weakened lens array combining with induced spatial incoherence," Appl. Opt., 58 (8), 2121-2126, 2019], which proposes methods for eliminating the first two of the above disadvantages.
Аподизация элементов растра, то есть, применение линз, пропускание которых плавно спадает от центра к краям, позволяет уменьшить или устранить дифракционные колебания интенсивности на краях пятна лазерного излучения на мишени.Apodization of the raster elements, that is, the use of lenses, the transmission of which smoothly decreases from the center to the edges, makes it possible to reduce or eliminate diffraction intensity fluctuations at the edges of the laser radiation spot on the target.
Для улучшения же мелкомасштабной однородности облучения мишени (устранения спеклов), применяется растр с элементами разной толщины (растр-«эшелон»). Если задержка по времени между лучами света, прошедшими через любые два элемента растра, больше времени когерентности, то фазы подпучков будут иметь случайные независимые быстропеременные составляющие. Следовательно, спеклованная картина на мишени будет быстро изменяться, с характерным временем изменения, равным времени когерентности τс. Мерой неоднородности распределения интенсивности обычно служит контраст - отношение среднеквадратичного отклонения интенсивности к среднему значению. Контраст стационарного спеклованного распределения интенсивности равен единице. При усреднении же быстропеременного распределения интенсивности по времени Τ>τс контраст С усредненного распределения будет зависеть от Τ какTo improve the small-scale uniformity of target irradiation (eliminate speckles), a raster with elements of different thicknesses (raster-"echelon") is used. If the time delay between the light beams passing through any two raster elements is greater than the coherence time, then the phases of the subbeams will have random independent fast-variable components. Consequently, the speckled pattern on the target will change rapidly, with a characteristic change time equal to the coherence time τ s . A measure of the heterogeneity of the intensity distribution is usually the contrast - the ratio of the standard deviation of the intensity to the mean value. The contrast of the stationary speckled intensity distribution is equal to unity. When averaging the rapidly varying intensity distribution over time Τ> τ s, the contrast C of the averaged distribution will depend on Τ as
где С0 - асимптотический уровень контраста, равный 1/Nr, гас Nr - общее количество засвеченных элементов растра.where С 0 is the asymptotic level of contrast equal to 1 / N r , ds N r is the total number of illuminated elements of the raster.
Применимость данного метода пространственно-временного сглаживания зависит от ширины спектра лазерного излучения. Если ширина спектра Δλ, то время когерентности равно τс=λ2/(сΔλ), и разность по толщине между самым толстым и самым тонким элементом растра должна бытьThe applicability of this method of space-time smoothing depends on the width of the laser radiation spectrum. If the spectrum width is Δλ, then the coherence time is equal to τ с = λ 2 / (сΔλ), and the difference in thickness between the thickest and thinnest raster element should be
где n - показатель преломления материала, из которого изготовлены элементы растра. Например, при λ=527 нм и Δλ=1 нм время когерентности τс≈1 пс, и при n=1,5, Nr=36 имеем Lmax-Lmin>2 см, что приемлемо. При малой же ширине спектра (или при большой размерности растра) потребуются очень толстые элементы растра, что нежелательно с точки зрения нелинейной рефракции и искажения фронтов лазерного импульса.where n is the refractive index of the material from which the raster elements are made. For example, at λ = 527 nm and Δλ = 1 nm, the coherence time τ s ≈ 1 ps, and at n = 1.5, N r = 36 we have L max -L min > 2 cm, which is acceptable. With a small spectral width (or with a large raster dimension), very thick raster elements will be required, which is undesirable from the point of view of nonlinear refraction and distortion of the laser pulse fronts.
Уменьшение мелкомасштабной неоднородности облучения мишени с помощью растра-эшелона по сути аналогично действию упомянутого выше метода наведенной пространственной некогерентности.The reduction of the small-scale irradiation inhomogeneity of the target using the raster-echelon is essentially analogous to the action of the above-mentioned method of induced spatial incoherence.
Недостатком растра-эшелона с аподизированными элементами, как и обычного линзового растра, является возникновение крупномасштабной неоднородности облучения мишени при неравномерном распределении интенсивности лазерного пучка, падающего на растр. The disadvantage of a raster-echelon with apodized elements, like a conventional lens raster, is the appearance of a large-scale irregularity in target irradiation with an uneven distribution of the intensity of the laser beam incident on the raster.
Техническим результатом изобретения является уменьшение крупномасштабной неоднородности облучения мишени.The technical result of the invention is to reduce the large-scale irradiation inhomogeneity of the target.
Данный технический результат достигается за счет того, что, в отличие от известного устройства для формирования однородного распределения лазерного излучения на мишени, представляющее собой набор линз, составленных между собой в двумерный массив, с апертурной аподизацией элементов, характеризующейся плавно спадающим к краям элемента коэффициентом пропускания, с различной толщиной элементов вдоль направления распространения лазерного излучения, выбранной таким образом, чтобы разность по времени прохождения лазерного излучения через любые два элемента массива превышала по абсолютной величине время когерентности лазерного излучения, в предложенном устройстве линзы в наборе имеют чередующееся по знаку фокусное расстояние.This technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the known device for the formation of a uniform distribution of laser radiation on the target, which is a set of lenses arranged together in a two-dimensional array, with aperture apodization of the elements, characterized by a transmittance smoothly falling to the edges of the element, with different thicknesses of elements along the direction of propagation of laser radiation, selected so that the difference in the time of passage of laser radiation through any two elements of the array exceeded in absolute value the coherence time of laser radiation, in the proposed device the lenses in the set have a focal length alternating in sign.
Для уменьшения крупномасштабной неоднородности, имеющей место в прототипе, предлагается применить двухкомпонентный растр подобный по геометрии растру-прототипу, но в котором линзы (элементы растра) имеют чередующееся по знаку фокусное расстояние (положительные и отрицательные линзы). Положительные линзы формируют перевернутое «изображение» пучка, проходящего через данный элемент, отрицательные - прямое изображение. На мишени происходит суперпозиция изображений от всех засвеченных элементов растра, и неоднородность суммарного распределения интенсивности устраняется. То есть, при наложении множества пучков от каждого из элементов растра, происходит усреднение, и если, например, пучок в ближней зоне имеет градиент интенсивности вдоль какого-либо направления, то на мишени этого градиента не будет.To reduce the large-scale heterogeneity that occurs in the prototype, it is proposed to use a two-component raster similar in geometry to the prototype raster, but in which the lenses (raster elements) have a focal length alternating in sign (positive and negative lenses). Positive lenses form an inverted "image" of the beam passing through this element, negative lenses - a forward image. A superposition of images from all illuminated elements of the raster occurs on the target, and the inhomogeneity of the total intensity distribution is removed. That is, when a plurality of beams from each of the raster elements are superimposed, averaging occurs, and if, for example, the beam in the near field has an intensity gradient along any direction, then this gradient will not be present on the target.
Таким образом, за счет предложенного усовершенствования устройства в части, касающейся применения линз со знакопеременным фокусным расстоянием, устраняется крупномасштабная неоднородность облучения мишени, связанная с неравномерностью распределения интенсивности пучка, падающего на растр.Thus, due to the proposed improvement of the device in terms of the use of lenses with alternating focal length, large-scale irregularity of the target irradiation is eliminated, which is associated with the irregularity of the distribution of the intensity of the beam incident on the raster.
Фиг.1 - Схема действия традиционного (однокомпонентного) линзового растра.Fig. 1 - Scheme of operation of a traditional (one-component) lens raster.
Фиг. 2 - Распределение интенсивности на мишени при использовании однокомпонентного растра.FIG. 2 - Distribution of intensity on the target using a one-component raster.
Фиг. 3 - Пример аподизации элемента растра.FIG. 3 - An example of apodizing a raster element.
Фиг. 4 - Распределение интенсивности на мишени при использовании однокомпонентного растра с аподизацией элементов.FIG. 4 - Intensity distribution on the target using a one-component raster with apodization of elements.
Фиг. 5 - Однокомпонентный линзовый растр-эшелон.FIG. 5 - One-component lens raster-echelon.
Фиг. 6 - зависимость контраста распределения интенсивности на мишени от времени усреднения.FIG. 6 - dependence of the contrast of the intensity distribution on the target on the averaging time.
Фиг. 7 - Распределение интенсивности на мишени при использовании однокомпонентного растра-эшелона с аподизированными элементами, при усреднении за время, в 100 раз превышающее время когерентности.FIG. 7 - The distribution of the intensity on the target when using a one-component raster-echelon with apodized elements, when averaged over a
Фиг. 8 - Пример неравномерного распределения интенсивности лазерного излучения, падающего на линзовый растр. FIG. 8 - An example of an uneven distribution of the intensity of laser radiation incident on a lens raster.
Фиг. 9 - Распределение интенсивности на мишени при использовании однокомпонентного растра-эшелона с аподизированными элементами, при усреднении за время, в 100 раз превышающее время когерентности, при неравномерном распределении интенсивности излучения, падающего на растр, как на фиг.7.FIG. 9 - The distribution of the intensity on the target when using a one-component raster-echelon with apodized elements, when averaged over a
Фиг. 10 - Двухкомпонентный линзовый растр-эшелон.FIG. 10 - Two-component lens raster-echelon.
Фиг. 11 - Распределение интенсивности на мишени при использовании двухкомпонентного растра-эшелона с аподизированными элементами, при усреднении за время, в 100 раз превышающее время когерентности, при неравномерном распределении интенсивности излучения, падающего на растр, как на фиг.7.FIG. 11 - The distribution of the intensity on the target using a two-component raster-echelon with apodized elements, when averaged over a
1 - лазерный пучок; 2 - линзовый растр; 3 - объектив; 4 - мишень; 5 - волновой фронт пучка, прошедшего через растр; 6 - распределение интенсивности на мишени; 7 - огибающая распределения интенсивности на мишени; 8 - пропись распределения интенсивности и огибающей; 9 - двумерное распределение пропускания аподизированного элемента растра; 10 - пропись функции пропускания аподизированного элемента растра; 11 - неоднородное распределение интенсивности пучка, падающего на растр; 12 - пропись распределения интенсивности пучка, падающего на растр.1 - laser beam; 2 - lens raster; 3 - lens; 4 - target; 5 - wavefront of the beam passed through the raster; 6 - intensity distribution on the target; 7 - envelope of the intensity distribution on the target; 8 - copy of the distribution of intensity and envelope; 9 - two-dimensional distribution of the transmission of the apodized raster element; 10 - copy of the transmission function of the apodized raster element; 11 - inhomogeneous distribution of the intensity of the beam incident on the raster; 12 - copy of the distribution of the intensity of the beam incident on the raster.
Для проверки заложенных в настоящий патент технических решений и сравнения с прототипом проведено численное моделирование распределения интенсивности на мишени при использовании различных типов линзовых растров, с различными свойствами входного лазерного излучения.To check the technical solutions included in this patent and compare with the prototype, a numerical simulation of the intensity distribution on the target was carried out using various types of lens rasters, with different properties of the input laser radiation.
На фиг.1 условно показан традиционный линзовый растр, с одинаковыми элементами. Кривизна поверхности элементов растра сильно преувеличена для наглядности. На фиг.2 показано распределение интенсивности лазерного излучения на мишени при использовании традиционного линзового растра (Nr=6×6 квадратных элементов размером D=33 мм, с фокусным расстоянием f=52 м; длина волны излучения λ=527 нм, фокусное расстояние объектива F=1 м, размер пучка 20×20 см) при равномерном распределении интенсивности падающего на растр излучения. На фиг.2 хорошо видны спеклы, а также дифракционные колебания огибающей интенсивности на краях пятна.Figure 1 schematically shows a traditional lenticular raster, with the same elements. The curvature of the surface of the raster elements is greatly exaggerated for clarity. Figure 2 shows the distribution of the intensity of laser radiation on the target when using a traditional lens raster (N r = 6 × 6 square elements with a size of D = 33 mm, with a focal length f = 52 m; radiation wavelength λ = 527 nm, focal length of the lens F = 1 m,
Пример функции пропускания аподизированного элемента растра показан на фиг.3. Распределение интенсивности на мишени, полученное при использовании растра с такой аподизацией, показано на фиг.4 (при прочих условиях таких же, как для фиг.2). Аподизация привела к существенному подавлению дифракционных колебаний огибающей интенсивности на краях пятна.An example of a transmission function of an apodized raster element is shown in FIG. 3. The distribution of the intensity on the target, obtained using a raster with such apodization, is shown in Fig. 4 (other conditions are the same as for Fig. 2). Apodization led to a significant suppression of the intensity envelope diffraction oscillations at the edges of the spot.
На фиг.5 приведена условная схема однокомпонентного растра с различной толщиной элементов, а на фиг.6 - зависимость контраста распределения интенсивности на мишени в центральной части пятна от времени усреднения (сплошная линия (а) - результат моделирования, пунктирная линия (б) - расчет по формуле (2)) при использовании такого растра. Численное моделирование подтверждает теоретический результат.Fig. 5 shows a schematic diagram of a one-component raster with different element thicknesses, and Fig. 6 shows the dependence of the contrast of the intensity distribution on the target in the central part of the spot on the averaging time (solid line (a) - simulation result, dashed line (b) - calculation according to the formula (2)) when using such a raster. Numerical modeling confirms the theoretical result.
На фиг.7 показано распределение интенсивности на мишени, усредненное за время T, в 100 раз превышающее время когерентности τс, при использовании однокомпонентного растра-эшелона с аподизированными элементами. Достигнуто уменьшение мелкомасштабных колебаний интенсивности усредненного распределения почти в 10 раз, по сравнению с фиг.4.Figure 7 shows the distribution of the intensity on the target, averaged over time T, 100 times longer than the coherence time τ s , when using a one-component raster-echelon with apodized elements. A decrease in small-scale fluctuations in the intensity of the averaged distribution is achieved by almost 10 times, compared with Fig. 4.
Если пучок, падающий на растр, имеет неоднородное вдоль одной из поперечных координат распределение интенсивности, показанное на фиг.8, то форма пятна на мишени при использовании аподизированного однокомпонентного растра-эшелона будет также неоднородной, как показано на фиг.9 (при усреднении за Т=100τс).If the beam incident on the raster has a non-uniform intensity distribution along one of the transverse coordinates, shown in Fig. 8, then the shape of the spot on the target when using an apodized one-component raster-echelon will also be inhomogeneous, as shown in Fig. 9 (when averaged over T = 100τ s ).
Устранить эту последнюю неоднородность можно применением двухкомпонентного растра-эшелона, условно изображенного на фиг.10. Усредненное за Т=100τс распределение интенсивности на мишени при использовании аподизированного двухкомпонентного растра-эшелона показано на фиг.11 (при неоднородном распределении пучка, падающего на растр, как на фиг.8). Сравнение фиг.11 с фиг.9 показывает, что применение двухкомпонентного растра приводит к исчезновению нежелательного наклона огибающей интенсивности излучения на мишени.This last heterogeneity can be eliminated by using a two-component raster-echelon, conventionally shown in Fig. 10. The averaged over T = 100τ s distribution of the intensity on the target when using an apodized two-component raster-echelon is shown in Fig. 11 (with a non-uniform distribution of the beam incident on the raster, as in Fig. 8). Comparison of Fig. 11 with Fig. 9 shows that the use of a two-component raster leads to the disappearance of the undesirable slope of the radiation intensity envelope on the target.
Таким образом, численное моделирование показывает, что применение линзового растра, сочетающего в себе все три признака (аподизацию, различную толщину и чередование знака фокусных расстояний элементов) позволяет улучшить крупно- и мелкомасштабную однородность распределения интенсивности излучения на мишени, а именно, уменьшить дифракционные колебания на краях пятна, уменьшить контраст спеклов (при усреднении за время, большее времени когерентности) и устранить неравномерность облучения мишени, связанную с неравномерностью распределения интенсивности излучения в ближней зоне.Thus, numerical modeling shows that the use of a lens raster combining all three features (apodization, different thicknesses, and alternation of the sign of the focal lengths of elements) makes it possible to improve the large- and small-scale uniformity of the radiation intensity distribution on the target, namely, to reduce the diffraction oscillations by edges of the spot, to reduce the contrast of speckles (when averaged over a time longer than the coherence time) and to eliminate the irregularity of the target irradiation associated with the irregularity of the radiation intensity distribution in the near zone.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133990A RU2750692C1 (en) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | Device for forming uniform distribution of laser radiation on target |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133990A RU2750692C1 (en) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | Device for forming uniform distribution of laser radiation on target |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2750692C1 true RU2750692C1 (en) | 2021-07-01 |
Family
ID=76755765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020133990A RU2750692C1 (en) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | Device for forming uniform distribution of laser radiation on target |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2750692C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1295356A1 (en) * | 1985-04-26 | 1987-03-07 | Харьковский государственный университет им.А.М.Горького | Laser illuminating device |
| US7411735B2 (en) * | 2005-12-06 | 2008-08-12 | 3M Innovative Property Company | Illumination system incorporating collimated light source |
| US7418172B2 (en) * | 2003-04-24 | 2008-08-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
-
2020
- 2020-10-15 RU RU2020133990A patent/RU2750692C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1295356A1 (en) * | 1985-04-26 | 1987-03-07 | Харьковский государственный университет им.А.М.Горького | Laser illuminating device |
| US7418172B2 (en) * | 2003-04-24 | 2008-08-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
| US7411735B2 (en) * | 2005-12-06 | 2008-08-12 | 3M Innovative Property Company | Illumination system incorporating collimated light source |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Xiaohui Zhao и др. "Beam smoothing by a diffraction-weakened lens array combining with induced spatial incoherence" APPLIED. OPTICS, т.58, No 8, 2019 г., стр. 2121-2126. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104267504B (en) | Laser beam homogenization method based on central off-axis microlens array | |
| KR20190120243A (en) | Method and apparatus for forming radiation for laser processing | |
| US9323052B2 (en) | Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode | |
| US8728719B2 (en) | Diffractive laser beam homogenizer including a photo-active material and method of fabricating the same | |
| EP2959331B1 (en) | Electromagnetic radiation-scattering element | |
| TW201431223A (en) | Wavelength conversion-type spatial light modulation device | |
| JP2017009669A (en) | Diffusion plate | |
| Yu et al. | Materials processing with superposed Bessel beams | |
| CN107643596B (en) | Binary zone plate type diffraction axicon lens system and long focal depth imaging method thereof | |
| CN104102009B (en) | Laser device used for target focal spot shaping and beam smoothing | |
| RU2750692C1 (en) | Device for forming uniform distribution of laser radiation on target | |
| Stankevicius et al. | Investigation of laser-induced polymerization using a smoothly varying intensity distribution | |
| Geints et al. | Self-images contrast enhancement for displacement Talbot lithography by means of composite mesoscale amplitude-phase masks | |
| CN104007553B (en) | A kind of method expanding the effective diffractional field of diffraction optics beam shaping device | |
| Cao et al. | Center off-axis tandem microlens arrays for beam homogenization | |
| Zhang et al. | Effect of the shadowing in high-numerical-aperture binary phase Fresnel zone plates | |
| Zhou et al. | Beam smoothing by lens array with spectral dispersion | |
| RU184726U1 (en) | X-RAY PLANAR AXICON | |
| Lin et al. | Theoretical analysis of lens array for uniform irradiation on target in multimode fiber lasers | |
| TWI485431B (en) | Apparatus for homogenizing coherent radiation | |
| Di Battista et al. | From amorphous speckle pattern to reconfigurable Bessel beam via wavefront shaping | |
| Zannotti et al. | Nonlinear light propagation in hexagonal morphing umbilic caustic lattices | |
| CN105700157A (en) | Spectral dispersion smoothing method based on composite grating in inertial confinement fusion device | |
| Apeksimov et al. | Filamentation of non-Gaussian laser beams with different geometric divergence along an atmospheric path | |
| Perreault | Dot projector based on phase diffuser |