[發明專利]基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置

有效

• 申請號: 201310223413.1
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103336366A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 陳小明;白晉濤
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于激光光束整形領域，具體涉及一種基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置。

背景技術

均勻線照明在線掃描顯微成像、微納米材料加工和檢測的領域有著廣泛的應用前景。為了滿足上述使用的要求，產生的均勻線照明需具有強的光強，好的光強均勻性和極細的尺寸。對傳統自然光源進行光束整形獲得的均勻線照明很難同時實現上述要求，而隨著高亮度激光光源的出現，通過對激光束進行光學整形可以獲得滿足要求的均勻線照明。通常為獲得平頂的均勻線激光束，光束整形系統需采用復雜的結構，而且非球面透鏡的使用使其價格昂貴。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置，該裝置可產生極細的均勻線激光束。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：

一種基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置，其特征在于：由線偏振激光光源、球透鏡組、矩形光闌、二分之一波片、非連續波片和高數值孔徑柱透鏡組成；

線偏振激光光源產生的光束，經球透鏡組擴束準直后，由矩形光闌選取光斑中心部分幾乎均勻的矩形線偏振光通過；從矩形光闌射出的矩形線偏振光經二分之一波片，接著經過或不經過非連續波片后，由高數值孔徑柱透鏡聚焦在焦面處產生均勻線激光束。

本發明的基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置，結構簡單，在使用或者不使用非連續波片的情況下，通過改變矩形線偏振光的偏振方向和高數值孔徑柱透鏡的數值孔徑即可產生極細的均勻線激光束；細的均勻線激光束可用于線掃描顯微成像、微納米材料加工和檢測。

附圖說明

圖1為本發明的基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置結構示意圖；

圖2（a）為不使用非連續波片時矩形線偏振光場分布；（b）為使用非連續波片后矩形TEM₀₁線偏振光場分布；

圖3為非連續波片結構示意圖；

圖4（a）為矩形線偏振光（φ₀＝28.1°）經數值孔徑NA=1的消球差柱透鏡聚焦后在焦面處產生的中心平頂的均勻光強分布圖；（b）為產生類似均勻光強分布，φ₀和NA滿足的關系曲線圖；

圖5（a）為矩形TEM₀₁線偏振光（φ₀＝32°）經數值孔徑NA=1的消球差柱透鏡聚焦后在焦面處產生的中心平頂的均勻光強分布圖；（b）為產生類似均勻光強分布，φ₀和NA滿足的關系曲線圖。

以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

具體實施方式

實施例1：

如圖1所示，本實施例給出一種基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置，由線偏振激光光源1、球透鏡組2、矩形光闌3、二分之一波片4和高數值孔徑柱透鏡6組成；

線偏振激光光源1產生的光束，經球透鏡組2擴束準直后由矩形光闌3選取光斑中心部分幾乎均勻的矩形線偏振光通過；從矩形光闌3射出的矩形線偏振光經過二分之一波片4后由高數值孔徑柱透鏡6聚焦，在焦面處產生均勻線激光束。

本實施例中，線偏振激光光源1是氣體激光光源、半導體激光光源、全固態激光光源或光纖激光光源。

球透鏡組2由小焦距球透鏡和長焦距球透鏡組成，其中小焦距球透鏡放置在前面，長焦距球透鏡放置在小焦距球透鏡的后面，用于將線偏振激光光源1產生的光束進行擴束準直。

矩形光闌3用于選取光斑中心部分幾乎均勻的矩形線偏振光通過。

二分之一波片4用于調節矩形線偏振光的偏振方向。

高數值孔徑柱透鏡6的母線與x軸平行。

矩形線偏振光場分布如圖2（a）所示，偏振方向與y軸夾角為φ₀。

本實施例的基于高數值孔徑柱透鏡聚焦產生均勻線激光束的裝置實現原理為：對于高數值孔徑柱透鏡聚焦的線偏振光，其焦面附近的光場分布需采用矢量衍射方法分析，