Оптический метод бесконтактного контроля качества изготовления аксиконов

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Носов П.А., Морозов А.И., Мачихин А.С. Оптический метод бесконтактного контроля качества изготовления аксиконов // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 62–70. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-62-70

Nosov P.A., Morozov A.I., Machikhin A.S. Optical method for non-contact quality control of axicons [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 7. P. 62–70. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-62-70

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Рефракционные аксиконы с прямолинейной образующей. Цель работы. Разработка метода контроля аксиконов на основе анализа формируемого ими бесселева пучка 0-го порядка для быстрой проверки соответствия заданным характеристикам. Метод. Распределение интенсивности бесселева пучка регистрируется с помощью проекционной линзовой системы и матричного приемника излучения и анализируется на основе цифровой обработки полученных изображений. Основные результаты. Разработан и апробирован метод контроля, позволяющий определять основные геометрические характеристики аксикона, важные для его применения в лазерных оптических системах, предназначенных для формирования бесселева пучка 0-го порядка. Практическая значимость. Представленный подход прост в реализации и позволяет с помощью доступных оптоэлектронных компонентов определять важные для формирования бесселева пучка 0-го порядка параметры аксикона и обнаружить его дефекты.

Ключевые слова:

аксикон, бесселев пучок, лазерная оптика, оптический пинцет, лазерные линии связи

Благодарность:

исследование выполнено в рамках Государственного задания НТЦ УП РАН (проект FFNS-2022-0010).

Коды OCIS: 110.0110, 140.0140

Список источников:

1. Durnin J. Exact solutions for nondiffracting beams. I. The scalar theory // JOSA A. 1987. V. 4. P. 651–654. https://doi.org/10.1364/JOSAA.4.000651

2. Durnin J., Miceli J.J., Jr., Eberly J.H. Diffraction-free beams // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. P. 1499. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.1499

3. Lapointe M.R. Review on non-diffracting Bessel beam experiments // Opt. Laser Technol. 1992. V. 24. P. 315–321. https://doi.org/10.1016/0030-3992(92)90082-D

4. Minz R.A., Tiwari U., Kumar A., et al. Trapping of rare earth-doped nanorods using quasi Bessel beam optical fiber tweezers // OSA Continuum. 2021. V. 4. № 2. P. 364–373. https://doi.org/10.1364/OSAC.417151

5. Liu Z., Tang X., Zhang Y., et al. Trapping two types of particles using a single optical fiber Bessel beam // Opt. Fiber Sensors Conf. 2020. P. 42. https://doi.org/10.1364/OFS.2020.W4.42

6. Moura T.A., Andrade U.M.S., Mendes J.B.S. Modulating the trapping and manipulation of semiconductor particles using Bessel beam optical tweezers // Opt. and Lasers in Eng. 2023. V. 170. P. 107778. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2023.107778

7. Fahrbach F.O., Rohrbach A. Propagation stability of self-reconstructing Bessel beams enables contrast-enhanced imaging in thick media // Nature Commun. 2012. V. 3. P. 632–638. https://doi.org/10.1038/ncomms1646

8. Liu C., Zhao Z., Jin C., et al. High-speed, multi-modal, label-free imaging of pathological slices with a Bessel beam // Biomed. Opt. Exp. 2020. V. 11 № 5. P. 2694–2704. https://doi.org/10.1364/BOE.391143

9. Sandeep S., Khairyanto C.S., Aung A., et al. Bessel beams in ophthalmology: A review // Micromachines. 2023. V. 14. № 9. P. 1672. https://doi.org/10.3390/mi14091672

10. Matsuoka Y., Kizuka Y., Inoue T. The characteristics of laser micro drilling using a Bessel beam // Appl. Phys. A. 2006. V. 84. P. 423–430. https://doi.org/10.1007/s00339-006-3629-6

11. Stoian R., Bhuyan M.K., Zhang G., et. al. Ultrafast Bessel beams: Advanced tools for laser materials processing // Adv. Opt. Technol. 2018. V. 7. P. 165–174. https://doi.org/10.1515/aot-2018-0009

12. Lutz C., Schwarz S., Marx J., et al. Multi-Bessel beams generated by an axicon and a spatial light modulator for drilling applications // Photonics. 2023. V. 10. № 4. P. 413. https://doi.org/10.3390/photonics10040413

13. Белый В.Н., Курилкина С.Н., Хило Н.А. и др. Формирование бесселевых световых пучков с субволновым диаметром осевого максимума для диагностики и нелинейной фотолитографии полупроводниковых материалов // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 11. С. 6–16. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-06-16

Belyi V.N., Kurilkina S.N., Khilo N.A., et al. Formation of Bessel light beams with subwavelength diameter of axial maximum for diagnostics and nonlinear photolithography of semiconductor materials // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 11. P. 00–00. http://doi.org/10.1364/JOT.90.000000

14. Scott G., Mcardle N. Efficient generation of nearly diffraction-free beams using an axicon // Opt. Eng. 1992. V. 31. P. 2640–2643. https://doi.org/10.1117/12.60017

15. Turunen J., Vasara A., Friberg A.T. Holographic generation of diffraction-free beams // Appl. Opt. 1988. V. 27. P. 3959–3962. https://doi.org/10.1364/AO.27.003959

16. Davis J.A., Carcole E., Cottrell D.M. Nondiffracting interference patterns generated with programmable spatial light modulators // Appl. Opt. 1996. V. 35. P. 599–602. https://doi.org/10.1364/AO.35.000599

17. Aruga T. Generation of long-range nondiffracting narrow light beams // Appl. Opt. 1997. V. 36. P. 3762–3768. https://doi.org/10.1364/AO.36.003762

18. Reddy I.V.A.K., Bertoncini A., Liberale C. 3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator // Optica. 2022. V. 9. P. 645–651. https://doi.org/10.1364/OPTICA.453839

19. Zhu X., Schülzgen A., Li L., et al. Generation of controllable nondiffracting beams using multimode optical fibers // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 201102-1–201102-3. https://doi.org/10.1063/1.3138780

20. Filipkowski A., Piechal B., Pysz D., et al. Nanostructured gradient index microaxicons made by a modified stack and draw method // Opt. Lett. 2015. V. 40. P. 5200–5203. https://doi.org/10.1364/OL.40.005200

21. Khonina S.N., Ustinov A.V. Very compact focal spot in the near-field of the fractional axicon // Opt. Commun. 2017. V. 391. P. 24–29. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.12.034

22. Gorelick S., Paganin D.M., Marco A. Refractive micro-optical elements with arbitrary exponential profiles // Appl. Photonics. 2020. V. 5. P. 106110. https://doi.org/10.1063/5.0022720

23. Koronkevich V.P., Mikhaltsova I.A., Churin E.G., et al. Lensacon // Appl. Opt. 1995. V. 53. P. 5761–5772. https://doi.org/10.1364/AO.34.005761

24. Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Устинов А.В. и др. Линзакон: непараксиальные эффекты // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 11. С. 44–51.

Khonina S.N., Kazanskiy N.L., Ustinov A.V., et al. The lensacon: Nonparaxial effects // J. Opt. Technol. 2011. V. 78. P. 724–729. https://doi.org/10.1364/JOT.78.000724

25. Brunne J., Wapler M. C., Wallrabe U. Fast and robust piezoelectric axicon mirror // Opt. Lett. 2014. V. 39. P. 4631–4634. https://doi.org/10.1364/OL.39.004631

26. Рыжевич А.А., Балыкин И.В., Железнякова Т.А. Параметры качества бесселевых световых пучков нулевого порядка // ЖПС. 2018. Т. 85. № 1. С. 144–153.

Ryzhevich A.A., Balykin I.V., Zheleznyakova T.A. Quality parameters of zero order bessel light beams [in Russian] // Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2018. V. 85. P. 144–153.

27. Khonina S.N., Kazanskiy N.L., Khorin P.A., et al. Modern types of axicons: New functions and applications // Sensors. 2021. V. 21 P. 6690. https://doi.org/10.3390/s21196690

28. ГОСТ Р ИСО 11146-1. Национальный стандарт российской федерации. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширин, углов расходимости и коэффициентов распространения лазерных пучков. М.: Стандартинформ, 2010. 20 с.

GOST R (Russian National Standard) 11146-1-2008 (ISO 11146-1:2005). Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios — Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams [in Russian]. Introd. 01/01/2010. Moscow: "Standardinform" Publ., 2010. 20 p.

29. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. Оптико-электронные квантовые приборы: учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1982. 456 с.

Pakhomov I.I., Rozhkov O.V., Rozhdestvin V.N. Optical-electronic quantum devices [in Russian]. Moscow: "Radio and Sviaz" Publ., 1982. 456 p.

30. Khonina S.N., Kotlyar V.V., Skidanov R.V., et al. Rotation of microparticles with Bessel beams generated by diffractive elements // J. Modern Opt. 2004. V. 51. P. 2167–2184. https://doi.org/10.1080/09500340408232521