[發明專利]達曼波帶片

有效

• 申請號: 201010585480.4
• 申請日: 2010-12-10
• 公開（公告）號: CN102062887A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 周常河;余俊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及一種衍射光學元件，特別是一種達曼波帶片，與聚焦透鏡配合使用，可以實現軸向多個等強度的焦斑分布。

背景技術

眾所周知，菲涅爾波帶片作為一種古老光學器件，它可以無需透鏡而將電磁波聚焦為無窮多個焦點，因而也被稱之為衍射透鏡。在實際應用中，人們往往只用到它的第一個主焦點，這是因為其他的焦點隨級次的增加強度快速衰減。事實上，對于二元波帶片來說，其第一個主焦點的最大效率為40％左右(位相為π的時候)。近年來，人們提出了一種新型的波帶片——分形波帶片【G.Saavedra，W.D.Furlan，and?J.A.Monsoriu，Opt.Lett.28，971-973(2003)】。這種波帶片可以在傳統波帶片的焦點附近產生分形的焦斑分布，即對每一個主焦點來說，其附近都有產生一系列類似旁瓣的分形焦點。這樣，對于只利用第一個主焦點的波帶片來說，也就相當于是一種軸向的多焦點系統。顯而易見，這種軸向多焦點系統的缺點是其強度不均勻分布。這在一些實際應用中，像用多焦點實現的大景深光學顯微鏡、植入式隱形眼鏡以及可以并行捕獲的光鑷等領域，軸向多個的等強度焦斑分布是有強烈需求的。

我們知道，達曼光柵是通過在普通光柵中加入調制細節，從而調制不同衍射級次的能量分布。通過優化這些調制細節的位置，原則上可以實現任意強度在不同衍射級次之間的分布。而達曼光柵則是通過優化這些調制細節位置，來達到特定衍射級次上的強度均勻分布。利用達曼光柵可以輕易實現橫向一維或二維光斑分布。

發明內容

本發明的目的在于提供一種達曼波帶片，使之與聚焦透鏡配合使用，可以實現軸向多個等強度的焦斑分布。

本發明的基本思想是基于達曼光柵的位相調制的原理，在傳統的二元位相菲涅爾波帶片相對于徑向坐標的平方的每個周期內加入調制細節，從而實現軸向多個等強度焦斑。同時，軸向焦點之間的間距是可以任意調節的。因此，本發明提出一種達曼波帶片，這種達曼波帶片多焦點的實現，在大景深光學顯微鏡、植入式隱形眼鏡以及可以并行捕獲的光鑷等領域有著潛在的應用價值和良好的應用前景。

這種達曼波帶片其特征在于相比傳統的菲涅爾波帶片結構，除了相對于徑向坐標平方的呈周期性分布的歸一化半徑之外，在每個周期中還有一系列的位相轉折點，并且相鄰區域位相(0，π)相間分布。

本發明的技術解決方案如下：

一種達曼波帶片，其特點在于：該波帶片是在菲涅爾波帶片的每個等面積的環帶中加入相同數目的等間隔的多個不同半徑的位相調制環帶后形成的多環帶的波帶片，所述的環帶從第一個圓形區域為0位相開始，其它各個環帶的位相從內到外依次呈π，0二值相間分布，并且所有的環帶都呈中心重合的軸對稱分布。

所述的達曼波帶片具有不同數目的菲涅爾等面積的環帶即周期，并可產生一定數量的等光強的軸向焦斑，不同軸向焦斑和不同周期所對應的達曼波帶片的各環帶的歸一化半徑的優化值從內到外依次如下：

軸向焦斑數為2，周期數為10，對應的歸一化半徑依次為：0，0.2236，0.3162，0.3873，0.4472，0.5000，0.5477，0.5916，0.6325，0.6708，0.7071，0.7416，0.7746，0.8062，0.8367，0.8660，0.8944，0.9220，0.9487，0.9747，1；

軸向焦斑數為2，周期數為20，對應的歸一化半徑依次為：0，0.1581，0.2236，0.2739，0.3162，0.3536，0.3873，0.4183，0.4472，0.4743，0.5000，0.5244，0.5477，0.5701，0.5916，0.6124，0.6325，0.6519，0.6708，0.6892，0.7071，0.7246，0.7416，0.7583，0.7746，0.7906，0.8062，0.8216，0.8367，0.8515，0.8660，0.8803，0.8944，0.9083，0.9220，0.9354，0.9487，0.9618，0.9747，0.9874，1；

軸向焦斑數為3，周期數為10，對應的歸一化半徑依次為：0，0.2712，0.3162，0.4166，0.4472，0.5230，0.5477，0.6112，0.6325，0.6881，0.7071，0.7573，0.7746，0.8207，0.8367，0.8795，0.8944，0.9346，0.9487，0.9867，1；