[實用新型]基于錐形元件的環形光束產生裝置

有效

• 申請號: 201320141668.9
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN203241623U
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 徐建程
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及應用光學領域，具體涉及一種基于錐形元件的環形光束產生裝置。

背景技術

激光器作為光學系統的標準光源得到廣泛應用。然而，由于激光具有很強的時間相干性和空間相干性，光學系統(尤其是干涉系統)中光學元件的缺陷例如灰塵、凹陷、傷痕、氣泡等會作為散射中心，從而產生相干噪聲，嚴重影響了光學系統的性能。

為解決激光光源產生相干噪聲的問題，一些應用其它光源的技術方案被相繼提出。美國專利US6643024B2中提出采用環形光束作為干涉儀光源，其產生環形光束的方法為計算全息法。計算全息法首先用計算機產生錐形波前，通過引入適當傾斜的參考平面波可得振幅型的計算全息圖，通過計算機控制將編碼好的計算全息圖在繪圖儀器上成圖，然后制作掩模板，利用掩模板將全息干板曝光后處理得到全息光學元件。該方法同時產生兩個離軸環形光束和一個點光源，必須通過濾波的方法選取一個合適的環形光束，能量利用率低，而且結構復雜，在實際應用中有一定的困難。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供了基于錐形元件的環形光束產生裝置，該裝置只產生一個軸上環形光束，能量利用率高，結構簡單。

本實用新型專利所采用的技術方案是：一種環形光束的產生裝置，包括激光器、擴束系統，錐形元件和聚焦透鏡組成。其中，錐形元件位于聚焦透鏡的前焦平面處；錐形元件的第一端面為平面，第二端面為錐面，其中錐面為內凹形錐面或外凸形錐面。環形光束的束寬半徑由錐形元件的錐角和折射率及聚焦透鏡的焦距決定。

與現有技術相比，本實用新型提供的裝置，僅產生一個中心在光軸上的環形光束，不需要濾波，能量利用率高，裝置結構簡單，實用方便。

附圖說明

圖1為本實用新型的環形光束產生裝置的結構示意圖；

圖2為錐形元件(含外凸形錐面)的結構示意圖；

圖3為本實用新型產生的環形光束的示意圖；

圖4為錐形元件(含內凹形錐面)的結構示意圖；

圖中1為激光器，2-a為凸透鏡，2-b為凸透鏡，2-a和2-b組成擴束系統，3為錐形元件，4為聚焦透鏡。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

下面結合附圖對本發明的光學元件進行詳細描述。

圖1為本實用新型提供的環形光束產生裝置的結構示意圖。如圖1所示，在光軸上依次設置有激光器1，兩個凸透鏡2-a和2-b組成的擴束系統，錐形元件3和聚焦透鏡4。

在本實例中，激光光源1是He-Ne激光器，其波長為632.8nm；激光光斑的直徑約為2mm。兩個凸透鏡2-a和2-b組成的擴束系統的放大倍數為5，激光器1發出的光束經擴束系統后得到束寬為10mm的準直光束。錐形元件3的結構示意圖如圖2所示，錐形元件3的第一端面為平面，第二端面為外凸形錐面。錐形元件3的折射率約為1.52，楔角θ為0.0087弧度，即0.5度，錐形元件3的有效孔徑為10mm。準直光束經過錐形元件后的相位函數為φ(r)＝-2πθr(n-1)/λ，其對應光場為exp[iφ(r)]，其中r為空間位置坐標。聚焦透鏡4的有效孔徑為10mm，焦距f為50mm。因為錐形元件3位于聚焦透鏡4的前焦平面處，則聚焦透鏡4的后焦平面處將得到光場exp[iφ(r)]的夫瑯禾費衍射，得到的衍射圖(即環形光斑)如圖3所示，環形光束的半徑為θf(n-1)，即為0.27mm。

由圖3可知，本裝置只產生一個中心在光軸上的環形光束。因為只有一個環形光束，它不需要濾波，從而有效地增加了能量利用率；此外，因為本裝置產生的環形光束的中心在光軸上，這有利于光學系統的安裝與調整，并且能有效地降低離軸環形光束照明引入的系統像差。

圖4為錐形元件(內凹形錐面)的結構示意圖；即錐形元件的第一端面為平面，第二端面為內凹形錐面，用圖4所示的含內凹形錐面的錐形元件代替圖2所示的含外凸形錐面的錐形元件，在本實例中產生相同的環形光束。

與計算全息法產生的環形光束相比，本實用新型的的技術方案由于只產生一個環形光束，若不考慮光學元件的吸收和散射，光源的能量率接近100％，而計算全息法產生的環形光束，其能量率小于50％。

本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。