飞秒激光声光扫描的色散补偿研究

摘要

飞秒激光由于其独特的光与物质相互作用，广泛应用于精密加工和成像领域。飞秒激光的应用需要光束扫描，机械扫描方法速度较慢。声光扫描是一种快速无惯性的扫描方式，用于飞秒激光的扫描有良好的前景。但是飞秒激光存在一定线宽，而声光偏转器作为一种衍射器件存在色散，传统色散补偿方法对空间色散的补偿不彻底。因为传统方法仅能提供固定的色散补偿量，而声光偏转器产生的色散是随工作频率变化的。传统方法仅能补偿声光偏转器特定工作频率下的色散，在其他工作频率下还存在残余色散，会导致光束质量的下降。 本文提出了一种利用带有特定色差的开普勒望远系统补偿声光偏转器色散的新方法。声光偏转器的偏转角与波长成正比，而开普勒望远系统是一种角放大器件，其角放大率与波长成反比时，可良好补偿声光偏转器的空间色散，即在整个扫描范围内对色散良好补偿。并且，空间色散得到完全补偿时，会消除光斑的光谱横向分离效应，使光谱横向分离效应导致的时间色散也得到补偿。本文设计并开发了该基于开普勒望远镜的色散补偿模块，经仿真表明，该色散补偿模块在920 nm工作波长下单色像差消除的很好，在0°到3°视场角内均达到衍射极限，在920 nm工作波长下可以在3°视场角范围内对 20 nm 波长范围内的残余色散进行良好补偿。经实验测试，该色散补偿模块能够在声光偏转器的整个扫描范围内实现色散的良好补偿，光斑均达到衍射极限，满足设计预期。 本文解决了飞秒激光经声光偏转器后的色散难以良好补偿的难题，可以拓展飞秒激光声光扫描的应用。

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