《面向雷射相干合束的亞波長偏振衍射光柵的研究》是依託華中科技大學，由萬辰皓擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向雷射相干合束的亞波長偏振衍射光柵的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：萬辰皓
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
雷射相干合束技術是下一代雷射技術中的研究熱點，能規避傳統雷射器的物理瓶頸，將許多個增益單元的輸出相干合成，極大提升各種類型雷射器的輸出功率並保持較高的光束質量。提高雷射分束器件的分束效率並實現等能量和任意數目的分束是雷射相干合束技術發展亟待解決的一個問題。本項目創新性的提出基於偏振衍射光柵實現理論分束效率大於99%的分束方案和基於亞波長柵條結構的工藝路線，具有重要的研究價值。該方案具有分束效率高、分束均勻度高、任意分束數目、子光束偏振態可控和製備工藝較簡單的優點。本項目從理論、器件和系統三個層面對面向雷射相干合束的亞波長偏振衍射光柵進行全面和深入的研究，可望較大提升耦合諧振腔相干合束的效率和輸出功率，並消除隨機相位波動對合束系統的影響，推動大規模和高效率雷射合束技術的發展。
結題摘要
提升雷射器系統的輸出功率不僅可以增加雷射器套用的深度和廣度，也可以開拓新的雷射套用領域。傳統雷射器系統隨著輸出功率的增加會遇到熱效應、非線性效應和物理損傷等物理瓶頸以至無法繼續提高輸出功率。雷射相干合束技術不著眼於提升單一雷射器的物理極限，而是通過耦合諧振腔或者MOPA結構(Master Oscillator Power Amplifier)將一定數目的雷射器單元的輸出進行相干合成。由於每個合束單元的運行功率在其物理極限以內，所以不會遇到上述瓶頸問題，而所有合束單元的輸出之和則帶來了合束系統總輸出功率的巨大提升。合束單元光束的高相干性又保證了較高的光束質量。當新型諧振腔結構帶來的功率提升逐漸接近理論極限時，雷射相干合束技術成為了下一代雷射器技術的研究熱點之一，並有望將各種類型的雷射器功率提升到新的量級。 本項目研究在理論上突破了雷射耦合諧振腔的分束/合束器件的效率瓶頸。研究團隊從多自由度偏振衍射光柵和幾何相衍射光柵的兩個不同方向實現了高效率分束/合束器件的理論創新。基於全局最佳化算法，完成了包含三個自由度的矢量偏振分束衍射光柵的理論設計，相較於傳統相位分束光柵，該偏振光柵較大提高分束效率，並可獨立控制每一束分束光的偏振態；基於模擬退火算法、嚴格耦合波理論和幾何相原理，完成了一種新型高效率幾何相分束衍射光柵的設計，通過二元的亞波長結構實現了多階相位光柵的分束效率和均勻度。 在器件上完成了高效率高損傷閾值和較低成本的分束光柵的製備和測試。研究團隊使用基於洛埃鏡的深紫外干涉光刻的工藝，在矽片上製備了亞波長几何相分束衍射光柵，該工藝較EBL和光控取向液晶成本更低且雷射損傷閾值更高，可套用於高功率雷射合束，實測分束效率高達86%，較達曼光柵提高了15%。 本項目的研究在基於亞波長結構的偏振衍射光柵的高效率分束研究方向取得了創新性的研究成果，對更高效更大規模的雷射相干合束技術以及雷射並行加工的發展起到推動作用。
