[實用新型]一種產生帶狀無衍射光束的光學系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420522858.X
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN204116721U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 吳逢鐵;謝曉霞;李冬
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳智海

技術領域

本實用新型涉及一種對圓高斯光束進行聚焦產生帶狀無衍射光束的光學系統(tǒng)。

背景技術

無衍射光束是一種在自由空間傳播過程中橫向光場分布不隨傳播距離發(fā)生變化且光場能量集中的光束。因其在傳播過程中強度及光斑尺寸保持不變的特性，被廣泛用于激光打孔，光學俘獲和操作、激光成像，干涉測量、空間光通信。實驗中產生無衍射光束比較簡單的方法就是用平面波直接入射軸棱錐得到無衍射光束，當入射到軸棱錐上的平面波的振幅是均勻分布的平面波，產生就是無衍射Bessel光束，當入射到軸棱錐上的平面的振幅分布是非均勻的平面波時，可得到不同類型的無衍射光束，例如拉蓋爾高斯光束入射軸棱錐產生高階Bessel-Gauss光束，橢圓高斯振幅調制的平面波入射軸棱錐得到無衍射Mathieu光束等。

現(xiàn)有技術中，要產生具有Mathieu光束特征的帶狀無衍射光束，通常是采用傳統(tǒng)計算機或者制作相位全息片來獲得，其操作比較復雜且成本較高。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種方便快捷產生帶狀無衍射光束的光學系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種產生帶狀無衍射光束的光學系統(tǒng)，包括光學平臺，該光學平臺上放置有激光器，沿該激光器的激光光路依次放置短焦距透鏡、長焦距透鏡、橢圓孔徑菲林片、軸棱錐；其中，上述短焦距透鏡的焦點和上述長焦距透鏡的焦點重合；上述橢圓孔徑菲林片緊靠著上述軸棱錐；從上述長焦距透鏡射向上述橢圓孔徑菲林片的光束的直徑大于上述橢圓孔徑菲林片的橢圓孔的短軸直徑。

上述激光器為He-Ne激光器。

采用上述方案后，當激光器發(fā)出的激光光束依次經短焦距透鏡和長焦距透鏡準直擴束后，經由橢圓孔徑菲林片，再正入射到軸棱錐上，輸出形成帶狀無衍射光束；本光學系統(tǒng)結構非常簡單，軸棱錐具有光學損傷閾值高，通光孔徑大等優(yōu)點，且橢圓孔徑菲林片造價低廉，極易獲得，因此將方便快捷地產生帶狀無衍射光束。故本實用新型為獲取帶狀無衍射光束提供了一種低成本、簡潔、有效的新途徑。在實際應用中，特別是對提高光學無損檢測，條碼掃描上的檢測效率具有特殊意義。

附圖說明

圖1為本實用新型光學系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實用新型光學系統(tǒng)的光路示意圖；

圖3為本實用新型中橢圓孔徑菲林片的結構示意圖；

圖4a-圖4d為本實用新型光學系統(tǒng)的計算機模擬光斑圖；

圖5a-圖5d為本實用新型光學系統(tǒng)的實驗光斑圖。

具體實施方式

為了進一步解釋本實用新型系統(tǒng)的技術方案，下面通過具體實施例來對本實用新型系統(tǒng)進行詳細闡述。

本實用新型的一種產生帶狀無衍射光束的光學系統(tǒng)，如圖1所示，具有光學平臺1，在光學平臺1上放置激光器2，沿該激光器2的激光光路依次放置短焦距透鏡3、長焦距透鏡4、橢圓孔徑菲林片5和軸棱錐6。其中，激光器2、短焦距透鏡3、長焦距透鏡4、橢圓孔徑菲林片5和軸棱錐6分別通過固定支架7支撐定位在光學平臺1上。

其中，短焦距透鏡3的焦點和長焦距透鏡4的焦點重合；橢圓孔徑菲林片5緊靠著軸棱錐6。

其中，激光器2采用He-Ne激光器。

短焦距透鏡3的焦點和長焦距透鏡4的焦點重合，由短焦距透鏡3和長焦距透鏡4構成一個準直擴束系統(tǒng)，準直擴束系統(tǒng)的放大倍數(shù)可以根據(jù)需要通過選取不同的透鏡焦距來調節(jié)。調整準直擴束系統(tǒng)的放大倍數(shù)，使從長焦距透鏡4射向橢圓孔徑菲林片5的光束的直徑大于橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的短軸直徑。為了使最后所得的帶狀無衍射光束圖樣更為清晰，可以把光束直徑調整至大于橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的長軸直徑。

工作時，如圖2、3所示，首先He-Ne激光器2打開，激光光束經過短焦距透鏡3和長焦距透鏡4準直擴束后形成直徑大于橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的短軸直徑的光束，此光束經過橢圓孔徑菲林片5后形成橢圓形的光斑，投射在軸棱錐6后一定距離內形成帶狀無衍射光束，其最大無衍射傳播距離可由公式Z_max≈a/[(n-1)γ]近似計算得到，其中a為入射到軸棱錐6上的橢圓光斑的長軸半徑(即，橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的長軸半徑)，n為軸棱錐6的折射率，γ為軸棱錐6的底角。通過計算機模擬得到不同傳播距離處的結果如圖4a-圖4d所示。