Отражающие дифракционные оптические элементы и их применение для управления излучением терагерцового лазера на свободных электронах

Отражательные дифракционные оптические элементы (ДОЭ) имеют большие перспективы в качестве устройств для управления монохроматическим излучением мощного терагерцового лазера на свободных электронах и создания оптических систем на рабочих станциях. Они характеризуются высокой лучевой стойкостью по сравнению с пропускающими элементами, менее массивны и трудоемки в изготовлении по сравнению с параболическими зеркалами, на их основе могут быть созданы фокусаторы для формирования изображений со сложными очертаниями. При работе «на отражение» для разделения падающего и отраженного пучков излучение должно падать на ДОЭ под углом. В работе проведен анализ дифракции плоской электромагнитной волны и гауссова пучка при наклонном падении на отражательный ДОЭ и рассмотрены частные случаи зонной пластинки Френеля и киноформной линзы. Детально описана техника численных расчетов дифрагированных пучков в параксиальном приближении. Описаны способы изготовления отражательных зонных пластинок и киноформной линзы. Выполнены измерения распределения интенсивности терагерцового излучения вдоль оптической оси и в поперечном сечении областей перетяжки для зонных пластинок и киноформной линзы при фокусировке стоваттного пучка Новосибирского лазера на свободных электронах диаметром около восьми сантиметров при нескольких длинах волн в интервале 130–180 мкм. Показано, что результаты экспериментов и численных расчетов достаточно хорошо совпадают. Расчеты построения изображения с помощью киноформной линзы подтверждают перспективность создания оптических систем для лазеров на свободных электронах на основе отражательных дифракционных оптических элементов.

Источник финансирования:
Данная работа частично поддержана Интеграционными грантами СО РАН №174/6 и №22/6, а также грантом РНП.2.1.1.3846 Министерства образования и науки РФ. Мы благодарим Н. А. Винокурова и Г. Н. Кулипанова за полезные обсуждения, а В. В. Котенкова, В. В. Кубарева, А. Н. Матвеенко, П. Д. Рудыча, Т. В. Саликову, С. С. Середнякова и М. А. Щеглова за помощь при проведении экспериментов на НЛСЭ. В экспериментальном разделе рис. 7 заимствован из курсовой работы П. П. Пономаренко и С. С. Якушкина [20]
УДК 535.4/535-14

Отражающие дифракционные оптические элементы и их применение для управления излучением терагерцового лазера на свободных электронах