[發明專利]一種產生環狀空心光束的光學元件

在審

• 申請號: 201310044054.3
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103091740A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 王菲;李玉瑤;蔡逸;王曉華;魏志鵬;方鉉;車英;張國玉
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種產生環狀空心光束的光學元件，屬于光學技術領域。

背景技術

隨著空心光束的出現，空心光束的產生和應用引起了人們越來越多的關注。空心光束是一種在傳播方向上中心光強或軸向光強為零的光束，強度呈圓筒形分布，具有暗斑尺寸可調、無加熱效應和傳播不變性等特點。它在激光光學、光信息處理、微粒波導、同位素分離、微電子學、材料科學、生物技術、醫學以及原子分子學等領域中有著廣泛的應用前景。

目前空心光束的方法主要有多模光纖、光子晶體光纖、液芯光纖、空心光纖、軸棱錐和位相片法等，這些方法主要產生的是局部區域空心光束，很難獲得準直的空心光束。利用兩個光軸重合、錐面與錐底夾角相等的內外圓錐透鏡組合能夠獲得質量較好的準直空心光束，但兩個光學元件組合增大了元件裝卡和光路調整的難度。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供了一種產生環狀空心光束的光學元件。該光學元件結構簡單，易于加工，且能量轉換效率高，能夠獲得高光束質量準直的環狀空心光束。

如附圖1所示，本發明提供的一種產生環狀空心光束的光學元件，其幾何形狀為在圓臺的底部去除一個與圓臺下底面同心的圓錐，該圓臺的側面和所去除圓錐形成的內側面均被拋光，光線入射到該圓臺和圓錐的母線上均發生鏡面反射；

所述的一種產生環狀空心光束的光學元件，其制作材料優選對入射光透明的光學玻璃、光學晶體或光學塑料，該元件的上底面和下底面鍍制對入射光的增透膜；

如附圖2所示，所述的一種產生環狀空心光束的光學元件，其產生空心光束的原理是這樣實現的：光線從該光學元件上底面進入，由于去除的部分充滿均勻空氣介質，入射光在圓錐和圓臺的母線間上發生全反射，使得入射光束從圓臺下底面出射環形空心光束，如附圖3所示；通過優化設計圓錐底面直徑2r的數值大小可以獲得不同內半徑的空心光束，通過優化設計圓臺下底面直徑2R的數值大小可以獲得不同外半徑的空心光束，通過優化設計圓錐的高度h的數值大小來獲得空心光束的不同環寬度；

所述的圓臺，其軸截面為等腰梯形，且軸截面的斜邊與底邊的夾角γ為45度，該等腰梯形的高和底邊分別為H和2R；

所述的圓錐，其軸截面是頂角α為90度，底角β為45度的等腰直角三角形，該圓錐的底面直徑和高分別為2r和h，且滿足2r<2R，h≤H。

有益效果：本發明提供的一種產生環狀空心光束的光學元件是采用在圓臺的底部去除一個與圓臺底面同心的圓錐的方法制作成，在光束傳輸過程主要是基于全反射的原理，能量轉換效率可以高達99%，且可以獲得高光束質量準直的環狀空心光束輸出。

附圖說明

圖1是一種產生環狀空心光束的光學元件軸截面圖。

圖2是環狀空心光束產生原理光路示意圖。

圖3是環狀空心光束二維光強分布示意圖。

具體實施方式

實施例?一種產生環狀空心光束的光學元件。

如附圖1所示，本發明提供的一種產生環狀空心光束的光學元件，其幾何形狀為在圓臺的底部去除一個與圓臺下底面同心的圓錐，該圓臺的側面和所去除圓錐形成的內側面均被拋光，光線入射到該圓臺和圓錐的母線上均發生鏡面反射；

所述的一種產生環狀空心光束的光學元件，其制作材料優選對入射光透明的光學玻璃、光學晶體或光學塑料，該光學元件的上底面和下底面鍍制對入射光的增透膜，透射率為99.8%；

如附圖2所示，所述的一種產生環狀空心光束的光學元件，其產生空心光束的原理是這樣實現的：光線從該光學元件上底面進入，由于去除的部分充滿均勻空氣介質，入射光在圓錐和圓臺的母線間上發生全反射，使得入射光束從圓臺下底面出射環形空心光束，如附圖3所示；通過優化設計圓錐底面直徑2r的數值大小可以獲得不同內半徑的空心光束，通過優化設計圓臺下底面直徑2R的數值大小可以獲得不同外半徑的空心光束，通過優化設計圓錐的高度h的數值大小來獲得空心光束的不同環寬度；

所述的圓臺，其軸截面為等腰梯形，且軸截面的斜邊與底邊的夾角γ為45度，該等腰梯形的高和底邊分別為H和2R；

所述的圓錐，其軸截面是頂角α為90度，底角β為45度的等腰直角三角形，該圓錐的底面直徑和高分別為2r和h，且滿足2r<2R，h≤H。?