2-78  高功率激光系统软边光阑设计

夏  兰  蒋敏华  庄大奎  朱  俭

针对第9路激光系统进行了软边光阑设计。首先编制了第9路激光系统光路传输模拟程序，通过计算“神光”-Ⅱ光路作为验证，以保证程序可用性。在传输模拟程序中，考虑了激光系统各级放大器的增益不均匀性以及增益饱和因素。最后利用这个程序，研究软边光阑各个参数对光束质量的影响，设计适合第9路系统的软边光阑，使系统中光束的填充因子尽可能大，光场调制度尽可能小。

软边光阑的设计公式D(r)=(2pr/2N)exp{-[(r-a)/w]ⁿ}。

    图1是软边光阑示意图，N是齿数；a，n，w是影响齿形的参数，n决定了光束经过软边光阑之后得到的平顶超高斯分布的级数(一般取二级以上超高斯分布)，a，w决定了平顶超高斯分布的软化边缘大小，r是软边光阑径向方向坐标；D是软边光阑齿间宽度。经过反复计算得到光阑各参数和光束填充因子，及光束衍射调制度之间的关系。如图2，图3所示，实线曲线长虚线曲线以及短虚线曲线分别是n=2，3，4时，参数w对光束调制度及填充因子的影响曲线。根据第9路光路的情况，取a=3。根据以上的结果，选择比较合适的参数(n，w)组合，然后再根据这些参数确定软边光阑后面空间滤波器小孔的大小。要取得比较好的光束质量，必须要有和软边光阑匹配的空间滤波器。当选取w=1.5，n=4时，计算得到光束填充因子和光场调制度与空间滤波器小孔的关系，如图4所示，实线是空间滤波器针孔大小对光束调制度的影响，虚线是空间滤波器小孔大小对光束填充因子的影响。由此可以选择匹配的小孔。

根据以上的理论计算设计出软边光阑。加工时，由于光刻过程中很难控制曝光对软边光阑口径的影响，制作的软边光阑虽然在光场调制度及填充因子有进步，但是，软边光阑通光口径普遍较设计口径偏小。