強激光渦旋反射鏡的制作方法
【專利摘要】一種強激光渦旋反射鏡，其特征在于：在光學玻璃或熔融石英基底上通過光刻的方法刻蝕出N瓣扇區(qū)N個臺階的微結構，第n個臺階對應的刻蝕深度為其中l(wèi)為該渦旋反射鏡攜帶渦旋的拓撲荷；n＝1,2,…,N，N取為2的高階冪次值，如N＝4，8，16，32等。然后通過在該微結構上鍍有45度入射下的高效率、高損傷閾值介質反射膜即構成強激光渦旋反射鏡。從而使得45度入射的強激光通過該渦旋反射鏡反射后變成45度出射的攜帶拓撲荷為l的渦旋強激光。這種具有渦旋相位波前的超強激光對于慣性約束核聚變具有重要的科學研究意義及潛在的實用價值。
【專利說明】強激光滴旋反射鏡

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及慣性約束超強渦旋激光，特別是一種產(chǎn)生超強渦旋激光的強激光渦旋 反射鏡。

【背景技術】
[0002] 自1960年激光器問世以來，激光技術就被提出用來產(chǎn)生慣性約束核聚變。我們知 道，激光光場模式分布主要由激光器諧振腔決定，對矩形腔鏡為厄米高斯模式；對圓對稱腔 鏡為拉蓋爾高斯模式。一般情形下，基模的高斯光束聚焦光斑具有更小的空間局域性和更 高的能量密度，因而一般基模的高斯光束被廣泛應用。對激光打靶而言，通常的高斯激光雖 然可以產(chǎn)生極高的能量密度，從而在金屬靶面產(chǎn)生的較強的等離子體云。然而，隨著激光能 量的進一步提高，等離子體云在金屬表面形成了很強的屏蔽效應，從而影響激光能量的進 一步吸收。聚焦的激光中心隨著聚焦點的軸向傳播因為很強的等離子體云屏蔽效應而漂移 和擴散，從而使得激光打靶效果變差。
[0003] 所謂渦旋激光是指具有螺旋形相位波面的激光束，其光軸中心存在一個相位奇 點，因而可以產(chǎn)生一個攜帶角動量的空心光場結構，即光軸中心為暗斑。這種渦旋激光的能 量密度矢量具有螺旋錐狀結構，因而在圓周切向上具有一個角動量分量，從而這種切向的 角動量可以傳遞到被輻射的物體上去。渦旋激光的這種特殊性質，可期待被用于激光慣性 約束聚變中的快點火方案，粒子模擬研究已經(jīng)初步發(fā)現(xiàn)它可以產(chǎn)生一種類似于螺釘?shù)你@洞 效果【Phys. Rev. Lett. 112, 235001(2014)】，一方面，和傳統(tǒng)的線偏激光相比，它有可能形成 更好的"鉆洞"效果，使得激光更接近壓縮后的靶丸中心，形成快點火。另一方面，這種螺釘 式的推進可能有益于打洞過程的準直性。渦旋超強激光會使得等離子體沿中心旋轉起來， 使產(chǎn)生的質子約束在軸向傳播中心，從而有利于激光能量向金屬靶面的傳遞，這將在激光 打靶中具有非常重要的研究和應用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)超強渦旋激光的強激光渦旋反射鏡。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案如下：
[0006] -種強激光渦旋反射鏡，其特點是在光學玻璃或熔融石英基底上通過光刻的方法 刻蝕出N瓣扇區(qū)N個臺階的微結構，第η個臺階對應的刻蝕深度為W2況VI，且相鄰扇區(qū) 的臺階深度差相等，均為Μ/2Λ^/?，其中η = 1，2,…，Ν ;Ν取為2的高階冪次值，如Ν = 4， 8,16, 32等；1為該強激光渦旋反射鏡攜帶的渦旋的拓撲荷；然后通過在該微結構上針對工 作波長鍍有高效率介質反射膜即構成強激光渦旋反射鏡。
[0007] 所述的強激光渦旋反射鏡工作方式為45度入射且45度出射。
[0008] 所述的強激光渦旋反射鏡上的入射光斑投影為橢圓形，其中半長軸與半短軸比例 為1，且入射光的橢圓區(qū)域被所述的Ν瓣扇區(qū)分為等面積的Ν份。
[0009] 本發(fā)明的技術效果：
[0010] 本發(fā)明可以實現(xiàn)超強激光向超強渦旋激光的高效率轉換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1典型的八瓣強激光渦旋反射鏡的臺階高度分布及對應的相位延遲 分布：①?⑧對應的臺階高度分別為/:/16λ/?，ζ?./8>/?，，2/4^1， 5 義/16>/?，3Α/8λ/?，7Α/16Τ?，對應的相位延遲分別為 π/4，3ι/2,33ι/4，π, 5 π /4, 3 π /2, 7 π /4, 2 π 0
[0012] 圖2是本發(fā)明強激光渦旋反射鏡波面變換示意圖。
[0013] 圖3是加工的強激光渦旋反射鏡的表面三維形貌。
[0014] 圖4是加工的強激光渦旋反射鏡的遠場衍射光斑強度分布。

【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，所述的強激光渦旋反射鏡的臺階數(shù)取Ν = 8,即圖1中橢圓形 區(qū)域被分為8個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應的刻蝕深度依據(jù)編號依次為A/16VJ, i/8Vi， 3Α/1(λ/Ι，Α/4λ/?，52/16^，31/8>/1，72/16>/1，2/2^";對應的相位延遲分別為 ji/4，π/2, 3 π/4，π，5 π/4, 3 π/2, 7 π/4, 2 π。針對工作波長800nm，則各臺階的刻蝕深 度依次為 35nm, 70nm, 105nm, 140nm, 175nm, 210nm, 245nm, 280nm。本實施例中通過光刻方法 在光學玻璃或熔融石英基片上加工這種多扇區(qū)多臺階微結構。為了充分利用光刻機的有效 光刻面積，本實施例中，通過切除矩形基片的四角，從而變成八邊形基片。切除的尺寸設計 如圖1中標注，其中原先的矩形基片長、寬分別為·7?α和a，從而最大的通光孔徑為a。利用 光刻有效面積為Φ80_的光刻機，能夠加工的強激光渦旋反射鏡的最大通光孔徑約為a = 50mm。通過三步套刻，我們能夠得到該8扇區(qū)強激光渦旋反射鏡的8臺階微結構。然后，通 過在該微結構上鍍一層高效率、高損傷閾值的介質高反膜，即形成了所述的強激光渦旋反 射鏡。圖3給出了通過該方法加工出的強激光渦旋反射鏡的表面3D形貌。圖4給出了對 應的強激光渦旋反射鏡產(chǎn)生的遠場光斑強度分布，從中可以看出渦旋激光所具有的明顯的 中心暗斑效果。
[0016] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種超強激光條件工作下的強激光渦旋反射鏡。該渦旋 反射鏡能夠在超強激光中引入渦旋相位波前，因而對超強激光打靶及超強激光物理方面具 有重要的科學研究價值和重要的潛在應用前景。
[0017] 以上所述強激光渦旋反射鏡的實施方式僅表達了本發(fā)明的一種【具體實施方式】，并 不能因此而理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以對本專利所提出的加工工藝及基片形狀 等技術細節(jié)做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種強激光渦旋反射鏡，其特征是在光學玻璃或熔融石英基底上通過光刻的方法刻 蝕出N瓣扇區(qū)N個臺階的微結構，第η個臺階對應的刻蝕深度為，且相鄰扇區(qū)的 臺階深度差相等，均為/2/27V^ ,其中η = 1，2,…，N ;N取為2的高階冪次值，如N = 4,8， 16, 32等；1為該強激光渦旋反射鏡攜帶的渦旋的拓撲荷；然后通過在該微結構上針對工作 波長鍍有45度入射下高效率、高損傷閾值的介質反射膜即構成強激光渦旋反射鏡。
2. 根據(jù)權利要求1所述的強激光渦旋反射鏡，其特征在于所述的強激光渦旋反射鏡工 作方式為45度入射且45度出射。
3. 根據(jù)權利要求1所述的強激光渦旋反射鏡，其特征在于所述的強激光渦旋反射鏡上 的入射光斑投影為橢圓形，其中半長軸與半短軸比例為且入射光的橢圓區(qū)域被所述 的N瓣扇區(qū)分為等面積的N份。
【文檔編號】G02B5/08GK104297825SQ201410553468
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權日:2014年10月17日
【發(fā)明者】周常河, 余俊杰, 賈偉, 盧炎聰, 項長鋮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所