Голографический фильтр интенсивности оптического излучения

(51)02 1/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР ИНТЕНСИВНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Ярмолицкий Вячеслав Феликсович Конойко Алексей Иванович Жданович Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Голографический фильтр интенсивности оптического излучения, выполненный на плоскопараллельной кварцевой пластине в виде фазовой дифракционной решетки, отличающийся тем, что фазовая структура решетки, сформированная методом динамической голографии, выполнена с постоянным периодом, а ее глубина, соответствующая разным участкам, сформирована в направлении, перпендикулярном ее штрихам, по заданному закону распределения интенсивности оптического излучения при постоянстве максимумов оптических путей в выступах дифракционной решетки. Изобретение относится к лазерной технике и может найти применение, например, для управления энергетических параметров в различных лазерных системах. Известен светофильтр переменной оптической плотности 1, состоящий из оптического клина, изготовленного из однородного поглощающего вещества, и установленного последовательно дополнительного клина из прозрачного для оптического излучения вещества. Световое излучение поглощается веществом первого клина. Изменение толщины 8082 1 2006.06.30 клина обеспечивает плавную регулировку интенсивности проходящего через светофильтр излучения. Указанное устройство не обеспечивает высокого качества фильтрации интенсивности оптического излучения из-за нарушения закона изменения пропускания светового потока,в частности, из-за явления интерференции в поглощающем слое, технических проблем обеспечения воспроизводимого изготовления поглощающего клина с заданным законом изменения толщины. Кроме того, поглощающие светофильтры переменной оптической плотности не работают при больших плотностях мощности оптического излучения, так как имеют низкую лучевую стойкость. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является дифракционный фильтр, представляющий собой дифракционную решетку с различным отношением ширины штриха к периоду (скважностью) 2. Изменение скважности решетки вдоль одной из ее координат позволяет управлять величиной выходного излучения. Коэффициент пропускания такого фильтра определяется долей света, уходящего за счет дифракции из пучка нулевого порядка. Дифракционные фильтры изготавливаются методом фотолитографии на подложках из кварца, что обеспечивает им высокую лучевую стойкость. Указанное устройство не обеспечивает высокого качества фильтрации интенсивности оптического излучения из-за того, что ошибки в выполнении топологии решетки приводят к погрешностям коэффициента пропускания оптического излучения. Кроме того, конечные размеры лазерного пучка, проходящего через такой фильтр, приводят к появлению ассиметрии интенсивности в выходном распределении излучения в поперечной плоскости, причем дифракционная структура фильтра с переменной скважностью приводит к искажению формы волнового фронта выходного излучения. И наконец, геометрические размеры такого фильтра ограничены используемой для их изготовления фотолитографической аппаратурой. Технической задачей изобретения является повышение качества фильтрации интенсивности оптического излучения за счет минимизации фазовых искажений, при высокой точности фильтрации по законам, соответствующим необходимому распределению интенсивности оптического излучения. Поставленная техническая задача решается тем, что голографический фильтр интенсивности оптического излучения, выполненный на плоскопараллельной кварцевой пластине в виде фазовой дифракционной решетки, фазовая структура решетки сформирована методом динамической голографии, выполнена с постоянным периодом, а ее глубина, соответствующая разным участкам, сформирована в направлении, перпендикулярном ее штрихам, по заданному закону распределения интенсивности оптического излучения при постоянстве максимумов оптических путей в выступах дифракционной решетки. Совокупность указанных признаков позволяет решить вопрос высококачественной фильтрации интенсивности оптического излучения за счет минимизации фазовых искажений, при высокой точности фильтрации по законам, соответствующим необходимому распределению интенсивности оптического излучения. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - фазовая дифракционная решетка 2 - фазовый рельеф 3 - участок, соответствующий гаусовому распределению 4 - участок, соответствующий ступенчатому распределению 5 - входной световой пучок 6 - световой пучок, соответствующий нулевому порядку дифракции 7 - дифрагированный световой пучок. Голографический фильтр интенсивности оптического излучения состоит из фазовой дифракционной решетки 1, на поверхности которой нанесен фазовый рельеф 2 с требуемым законом изменения его глубины. 2 8082 1 2006.06.30 Фазовая дифракционная решетка 1 выполнена в виде плоскопараллельной стеклянной кварцевой пластины, на поверхности которой имеется фазовый рельеф 2, нанесенный методом динамической голографии, с постоянным периодом, а его глубина, соответствующая разным участкам, сформирована в направлении, перпендикулярном ее штрихам, по законам, соответствующим требуемому распределению интенсивности оптического излучения, при постоянстве максимумов оптических путей в выступах дифракционной решетки. Виды требуемых законов распределения определяются заказчиком. На фигуре представлены участки 3, 4, соответствующие гаусовому и ступенчатому закону распределения. Метод динамической голографии заключается в непрерывной записи на движущийся носитель бегущей интерференционной картины, образованной двумя световыми пучками. Причем величина и соотношение их интенсивностей меняется по заданному закону, что обеспечивает необходимое изменение контраста интерференционной картины и постоянство уровня интенсивности света в максимумах интерференционной картины. Носитель представляет собой плоскопараллельную кварцевую пластину с нанесенным на нее слоем фоторезистивного материала. Экспонированная пластина обрабатывается известными методами голографической литографии, позволяющими сформировать на ее поверхности фазовый рельеф с глубиной, изменяющейся по заданному закону. Такой принцип формирования голографического ослабителя интенсивности оптического излучения позволяет минимизировать ошибки коэффициента пропускания, искажение фазовых параметров проходящих световых пучков, а также снять ограничения на длину формируемых дифракционных структур. Голографический фильтр интенсивности оптического излучения 1 работает следующим образом. При падении входного светового пучка 5 на фазовую дифракционную решетку 1 в результате дифракции на фазовом рельефе 2 он преобразуется в два световых пучка световой пучок, соответствующий нулевому порядку дифракции, 6 и дифрагированный световой пучок 7. В качестве рабочего светового пучка используется световой пучок, соответствующий нулевому порядку дифракции, 6. Величина интенсивности света в нулевом порядке дифракции определяется величиной дифракционной эффективности участка фазовой дифракционной решетки 1, на которую падает входной световой пучок 5. При этом дифракционная эффективность определяется глубиной фазового рельефа 2 фазовой дифракционной решетки 1. Изменение интенсивности излучения на заданную величину и по требуемому закону в поперечном сечении осуществляется за счет смещения голографического фильтра интенсивности оптического излучения 1 таким образом, чтобы входной световой пучок 5 проходил бы через соответствующий участок фазового рельефа 2. Источники информации 1. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. - М. Наука, 1978. - С. 225-251. 2. Полещук А.Г. Дифракционные фильтры с переменным пропусканием // Автометрия. - 1997. -5. - С. 22-30. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3