强激光与粒子束!第!"卷!第!期#$%&!"!’$&!!!())*年!月+,-+./012345124’6.427,831914:5;<=&!())*!文章编号!!!))!>?@(("())*#)!>))?!>)?基于晶体旋光效应的近场光学空间滤波"李!彪!!!陈怀新!!!隋!展(!!丁!磊("!!四川大学电子信息学院!成都*!))*?$!(!中国工程物理研究院激光聚变研究中心!四川绵阳*(!A))#!!摘!要!!在激光传输与放大系统中!激光束的空间滤波是光束质量控制的重要环节%利用各向同性晶体的旋光性!采用偏振光检偏法选择不同空间频率光束的通过与阻挡!实现激光光束的近场空间滤波%用多个滤波器串接构成滤波器组!可提高光束空间窄带滤波性能%该方法有利于克服激光工程中采用?!滤波带来的空间滤波器体积庞大与抽空耗能的缺点%!!关键词!!空间滤波$!近场$!偏振光$!晶体旋光效应!!中图分类号!!73B)@$/B@?!!!!文献标识码!!4!!在高功率激光系统中!激光传输与放大通常采用传递>滤波系统&!’!利用频谱滤波技术来改变激光束的频&’率成分!减少光束的高频调制!提高光束质量%传统的?!滤波系统(是光束在焦面上的空间频率滤波!在光学工程中会带来两方面严重的弱点(一是高功率激光系统采用多级像传递>滤波系统以及共焦的长焦距透镜!会使系统变得庞大!滤波系统占用较大的空间$二是为避免滤波聚焦光斑的功率密度大导致气体电离而要求系统抽空!因而会带来很大的能量损耗%!!基于各向异性的互补双电介质对电磁波方向选择特性!文献&@>?’提出了一种电磁波空间近场滤波方法!但目前利用互补双电介质能否适用于光波的近场滤波没有相关的研究报道%!!偏振光通过某些晶体介质时!将出现旋光效应!不同频率光束将发生不同的偏振变化&B>*’%因此!利用晶体旋光效应与检偏方法!实现偏振激光光束的近场空间滤波%本文详细地分析了各向同性晶体对不同空间频率偏振光的旋光性影响!提出了利用旋光效应与检偏方法实现偏振光束的近场空间滤波%这种滤波系统的最大优点是近场内实现光束空间离散化与光束偏振态的改变!实现激光光束的近场空间滤波!从而减少滤波系统的体积和保持滤波系统真空状态的能耗%"!基于晶体旋光效应的空间近场滤波系统!!基于晶体旋光效应的空间近场滤波系统如图!所示%一束光通过起偏器变成平面偏振光经过各晶体后从晶体出射光束在不同方向上呈现不同.!!!偏振态出射光束经过检偏器让特定方向的光通过而其它方向的光得以减!.(弱!从而滤掉不需要的光波!使激光光束质量得到改善%!!在晶体介质中!线偏振光的偏振态可随它通过晶体的光程不同而变化%在介质中给定一个传播方向!一般来说存在两个本征波!它们具有确定的本征CDE&!!5F<GD<%HD%GIJKLKGIM折射率和偏振方向!这些本征偏振以及相应的本征折射率可用麦克斯韦方程图!!晶体空间滤波系统光路图组和电解质张量来确定%!!由麦克斯韦方程组可得波动方程&B’(!""!""##!"#"$)"!#!!对于平面波在均匀介质中传播!旋光材料的物质方程为#$#"#D#)$""$"##D#)&%’#""(#(((%$&!!’(#&((’)#&@@’*#(&!(’(’)#(&(@’)’*#(&@!’(’*"@#式中是波矢沿介电主轴的分量是的反对称张量定义新介电张量为+由波(’(!’)!’*!!&%’$%(#$##,#)&%’!动方程"!#可得到光波传播的本征模方程"收稿日期!())B>)?>(B$!!修订日期!())B>!)>@)基金项目!国家自然科学基金资助课题"!)?NB)*A#作者简介!李!彪"!ANA)#!男!硕士研究生!研究方向为激光束的空间滤波%联系作者!陈怀新"!A*@)#!男!教授!博士!从事光信息探测与处理*激光整形与波前控制方面的研究$OPI=PQ<DRD=!KD=<&O$M%书#!强激光与粒子束第$)卷!!"!!"!!"""$"%"!#"!#!!由方程!#"得本征模的折射率!满足久期方程$$$$’!!&!!&!%!!!%"!!$!"!!!!"!!$!!"式中和分别是晶体椭球长短轴的折射率#!$!!$!!解久期方程!%"得到两个!值%分别为两个本征模的折射率$$$$$$$!’!!%!!$!"(!!&!"$!!!"!&"!!!$!!"#!$!!!$!!!!相应的偏振态由琼斯矢量表示为#$$$$$$!’!%!&!(!&!$!!!!!$!!""#!!$!!"!!$!!"#(%!("’’&!!$!$!!&琼斯矢量代表相互正交偏振态的两个椭圆偏振波%椭圆偏振的偏振度分