[實用新型]一種產生長距離無衍射光的凹錐透鏡

有效

• 申請號: 201320067292.1
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN203133301U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 吳逢鐵;方翔;程治明
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B27/09
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 車世偉

技術領域

本實用新型涉及光學設計領域，具體是一種可產生產長距離無衍射光的凹錐透鏡。可用于長距離高精度準直、大尺度線性測量、空間光通信等工具，在裝備制造業和激光通信中有重要作用。

背景技術

美國Rochester大學的J.Durnin于1987年首次提出了無衍射光束，它在自由空間中傳播無衍射，即傳播過程中橫向光場分布不隨傳播距離發生變化；光場能量集中，中心光斑小而且強度高。無衍射光束的這些特點，使其在精確測量和準直、空間光通信、精密加工切割、帶電粒子和中性原子誘導，微操控和非線性光學等領域有著廣泛的應用。

無衍射光的產生方法主要有環縫-透鏡法、全息法、透鏡軸棱錐法、軸棱錐法等。其中環縫-透鏡法的轉換效率特別低，只有15％左右；全息法的抗損傷閾值比較低，限制了無衍射光束的強度；透鏡軸棱錐法產生無衍射光束時中心需要遮擋，能量利用率不高；軸棱錐法由于其高損傷閾值、高能量利用率和結構簡單的特點成為獲取無衍射光最常用的光學元件，其產生無衍射光的無衍射距離可表示為即在光束半徑a固定的情況下，無衍射距離與軸棱錐錐面的底角γ和軸棱錐折射率n近似成反比關系，所以要獲取長距離無衍光，一是可以選用錐面底角很小的軸棱錐，但是小的錐面底角在加工時是很困難的，目前市場上最小可以加工到0.5°，且價格不菲。另一種方案是選用折射率較小的材料加工軸棱錐，但是常用光學玻璃材料的折射率變化范圍并不大，具有較小折射率的材料是稀少且昂貴的。

有鑒于此，本發明人對軸棱錐的光學特性進行了深入研究，本案由此產生。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種加工容易、結構簡單的產生長距離無衍射光的凹錐透鏡。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種產生長距離無衍射光的凹錐透鏡，具有錐角為γ、底面半徑為a、折射率為n的軸棱錐，此軸棱錐沿其軸向劃分為圓柱部分和圓錐部分，以圓柱部分與圓錐部分相鄰接的一端為內，另一端為外，此圓柱部分的外底面呈以此軸棱錐的軸線為中心的曲率半徑為R的凹球面狀。

采用上述方案后，本實用新型一種產生長距離無衍射光的凹錐透鏡，沿其軸向劃分為圓柱部分和圓錐部分，且圓柱部分的外底面呈以此軸棱錐的軸線為中心的曲率半徑為R的內凹球面狀，當平行光入射本實用新型的凹錐透鏡時，按凹錐透鏡軸向的不同區域對光線的折射效果可分為兩部分：第一部分為曲率半徑為R的凹球面區域，經過該區域的光線被凹球面發散；第二部分為錐角為γ的錐面區域，此時光線可等效于經過軸棱錐折射的情形，將形成長距離無衍射光。

與現有技術相比，本實用新型的凹錐透鏡，其優點在于通過單一元件即可獲得長距離無衍射光，具有元件加工相對容易、結構簡單、轉換效率高、光損傷閾值高的優點。為獲取長距離無衍射光提供了一種簡潔、有效的新途徑。在實際應用中，可作為長距離高精度準直、大尺度線性測量、空間光通信等的工具，在裝備制造業和激光通信領域具有很高的實用價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的光路示意圖；

圖3為本實用新型的凹錐透鏡產生長距離無衍射光的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本實用新型的凹錐透鏡的結構和原理作進一步詳細的說明。

本實用新型的一種產生長距離無衍射光的凹錐透鏡，如圖1所示，具有錐角為γ、底面半徑為a、折射率為n的軸棱錐，此軸棱錐沿其軸向劃分為圓柱部分I和圓錐部分II，以圓柱部分I與圓錐部分II相鄰接的一端為內，另一端為外，此圓柱部分I的外底面呈以此軸棱錐的軸線為中心的曲率半徑為R的凹球面狀。

本實用新型的凹錐透鏡是在傳統軸棱錐的基礎上加工而成的。取一個錐角為γ、底面半徑為a、折射率為n的傳統軸棱錐，將軸棱錐沿其軸向劃分為圓柱部分I和圓錐部分II，以軸棱錐的軸線為中心把圓柱部分I的外底面磨削成一個曲率半徑為R的球面。圓柱部分I等效于一個焦距為f的凹透鏡。錐角為γ的圓錐部分II仍可視為傳統的軸棱錐。