[發(fā)明專利]一種能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光束的光學(xué)元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510276533.7
• 申請(qǐng)日: 2015-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN104849779B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳逢鐵;孫川;何艷林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光束的光學(xué)元件，屬于光學(xué)傳輸變換領(lǐng)域與光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Bessel光束是一種特殊光束，在傳輸領(lǐng)域中擁有著獨(dú)特的性質(zhì)，如中心光斑極小，中心光強(qiáng)極大，在一定范圍內(nèi)不發(fā)散，遇到障礙物會(huì)自重建等。Bessel光束的這些特性使得它在粒子囚禁，光學(xué)拉力，光學(xué)成像，光學(xué)引導(dǎo)，高精度定向或準(zhǔn)直等領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，對(duì)Bessel光束的研究早已成為光束變換領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。

軸棱錐是一種圓錐形的軸對(duì)稱光學(xué)元件，因?yàn)檩S棱錐法產(chǎn)生Bessel光束的操作性更強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)換效率更高、光束質(zhì)量更好，目前多使用軸棱錐產(chǎn)生Bessel光束，但是，這種方法對(duì)軸棱錐底角的要求較高(一般條件下1°的軸棱錐在4mm孔徑下用He-Ne激光僅能產(chǎn)生24.4cm的近似Bessel光),由于加工限制，軸棱錐底角很難做得極小(0.5°已經(jīng)非常小了)，這就限制了Bessel光束的無衍射距離的增大，在實(shí)際應(yīng)用中(如激光測(cè)距)受到極大限制。再者，軸棱錐的中心錐角極易受到損壞，損壞后變成圓頂軸棱錐，則會(huì)降低光束質(zhì)量，影響實(shí)驗(yàn)效果。因此，設(shè)計(jì)能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光且耐磨損的透鏡變得尤其具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨損的能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光的光學(xué)元 件。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光束的光學(xué)元件，此光學(xué)元件為平面透鏡，且此平面透鏡的折射率沿徑向呈線性梯度變化。

所述平面透鏡為軟質(zhì)的薄膜狀。

所述平面透鏡為徑向梯度折射率材料平面透鏡。

采用上述方案后，本發(fā)明的一種能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光束的光學(xué)元件，由于元件的折射率線性梯度變化，從不同位置垂直入射，出射光經(jīng)歷的光程不同，平面波垂直入射后的等相位面為一錐面，這使得本發(fā)明的平面透鏡的幾何模型與傳統(tǒng)軸棱錐類似并且有著相同的線聚焦效果，入射光束被線聚焦后便能產(chǎn)生Bessel光束。元件表面是平面更耐磨損，不存在磨損后變成圓頂軸棱錐的問題，折射率與厚度的調(diào)制作用將加工要求降到最低；改變材料厚度和變化折射率參數(shù)均可以線性變化產(chǎn)生Bessel光束的無衍射距離，調(diào)制出不同無衍射距離的Bessel光束。因此，本發(fā)明的光學(xué)元件是一種產(chǎn)生Bessel光更簡(jiǎn)單，更具有操作性，更靈活，光束質(zhì)量更高的光學(xué)元件。

本發(fā)明中的平面透鏡為徑向梯度折射率材料制成的平面透鏡。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中的平面透鏡可為軟質(zhì)的薄膜狀，將折射率線性梯度變化的薄膜附在光學(xué)系統(tǒng)的出射面，出射光即為長(zhǎng)距離Bessel光，直接產(chǎn)生Bessel光而不需額外調(diào)制。

另外，本發(fā)明的光學(xué)元件，可多組疊加(保證中心重合)使用，多組疊加可以產(chǎn)生不同距離的Bessel光束。使用時(shí)，可用折射率變化梯度相同的多組本發(fā)明的光學(xué)元件(厚度相同或不相同)進(jìn)行疊加，也可用折射率變化梯度不同的多組本發(fā)明的光學(xué)元件(厚度相同或不相同)進(jìn)行疊加。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光學(xué)元件的等折射率面示意圖；

圖3為本發(fā)明的光學(xué)元件產(chǎn)生Bessel光的幾何分析圖；

圖4為本發(fā)明的光學(xué)元件產(chǎn)生的長(zhǎng)距離Bessel光的光強(qiáng)分布圖；

圖5為不同參數(shù)的本發(fā)明的光學(xué)元件組合調(diào)制出不同距離的Bessel光的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)和原理作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明的一種能產(chǎn)生長(zhǎng)距離Bessel光束的光學(xué)元件，此光學(xué)元件為整體呈柱狀結(jié)構(gòu)，入射面與出射面均為平面且相互平行的平面透鏡，且此平面透鏡的折射率沿徑向呈線性梯度變化。具體地，此平面透鏡可采用徑向梯度折射率材料制成，文獻(xiàn)[張鳳英,利用光共聚法制造塑料梯度折射率棒.光學(xué)技術(shù),1988(03):第7-11頁]中提到“利用光共聚法，除公式(1)折射率分布之外，還能制造具有各種分布曲線的梯度折射率棒。”根據(jù)此文獻(xiàn)，徑向梯度折射率材料是可以通過光共聚法制備出來。

本發(fā)明中，平面透鏡的折射率沿徑向呈線性梯度變化是指平面透鏡中距中心位置距離相同的地方折射率相同，“徑向”指的是折射率分布特性，與外形無關(guān)，平面透鏡可以是圓形或非圓形的。