[發明專利]一種用于消減光學衍射器件非所需級次影響的系統及方法

有效

• 申請號: 202011266675.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112230427B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 曾紹群;王雨;胡慶磊;呂曉華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/09;G02B27/42
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種用于消減光學衍射器件非所需級次影響的系統及方法，屬于光學領域，包括：沿著光路方向依次放置的光發生器、光學衍射器件和光束聚焦器件，以及放置在光發生器和光束聚焦器件的像方焦平面之間的像差光學器件；該系統通過像差光學器件在光路中增加第一光學像差，使光路中的光束質量發生劣化；且在采用光學衍射器件對入射光束進行波前調制的過程中，為所需級次的光束引入與第一光學像差相互補償的第二光學像差，使得所需級次的光場分布保持清晰狀態，而非所需級次的光場分布被增加的第一像差劣化掉，從而有效的消減非所需級次的影響。

技術領域

本發明屬于光學領域，更具體地，涉及一種用于消減光學衍射器件非所需級次影響的系統及方法。

背景技術

光學衍射器件在光學領域有著十分廣泛地應用，例如激光加工、生物顯微成像、信息光存儲等。常用的光學衍射器件包括光柵、聲光偏轉器、空間光調制器(spatial lightmodulator，SLM)、數字微鏡器件(digital micromirror device，DMD)、超表面材料和衍射光學元件(diffractive optical element，DOE)等。衍射光學元件能夠對入射光束的波前的光學參數(相位、振幅)進行調制，使出射光的波前的對應光學參數發生改變。同時，可以對衍射光學元件調制量的大小及空間分布進行預先的設計，從而獲得所需的光場分布。

因為能夠對波前進行靈活的調制，光學衍射器件在光學系統中能夠實現多種功能，如光束的分束、偏轉、掃描、聚焦以及像差矯正、光束整形等。分束即將一束入射光分為多束出射光；偏轉即使出射光的角度與入射光相比發生偏轉；掃描即不斷變化出射光的偏轉角度，實現光束的掃描；聚焦即通過光學衍射器件使出射光聚焦；像差矯正指通過對入射光的波前進行調制，使其與光學系統中的像差相互抵消，達到消除像差的目的；光束整形指將光束整形為所需的特殊光束，如貝塞爾光束、拉蓋爾-高斯光束、瑞利光束等。正因為光學衍射器件能夠實現豐富的功能，其在光學領域得到了十分廣泛地應用。

光學衍射器件利用光的衍射實現光束的波前調制，然而實際光學器件在實際應用中實現的調制無法與所需的調制完全一致，致使其調制效率不能達到100％，所消耗的能量將分散到其他衍射級次。這些由于非理想光學元件而產生的衍射級次往往是在實際應用中所不需要的，即非所需級次。這些非所需級次在應用中將產生一些不利影響，例如在激光掃描中，這些級次將產生額外的光焦點，在一些額外的區域產生光焦點掃描；激光聚焦時，除了在所設計的位置產生焦點外，在其他軸向位置也將產生額外焦點。

在光學衍射器件的實際使用中，為了消除非所需級次的不利影響，通過透鏡將出射光學衍射器件的光束進行聚焦，在焦平面放置空間濾波器(spatial filter，SF)阻擋不需要的衍射級次。將SF放置在傅里葉平面，也就是聚焦透鏡的焦平面上時，被阻擋的光將不能透過。通過設計SF，可以只讓所需的衍射級次通過，從而達到消除非所需級次的影響。然而，當光學衍射器件產生的所需級次與產生的非所需級次的光場分布發生重合時，通過SF阻擋非所需級次的方法將無法將所需級次與非所需級次分離。另外，當光學衍射器件所產生的光場分布是變化的時候，所需級次光場分布經過的范圍與非所需級次有重合部分時，使用SF阻擋非所需級次的方法也會失效。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于消減光學衍射器件非所需級次影響的系統及方法，其目的在于解決現有技術中，當光學衍射器件產生的所需級次的光場分布與非所需級次的光場分布有重合部分時，無法有效的消減非所需級次影響的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種用于消減光學衍射器件非所需級次影響的系統，包括：沿著光路方向依次放置的光發生器、光學衍射器件和光束聚焦器件，以及放置在光發生器和光束聚焦器件的像方焦平面之間的像差光學器件；

光發生器用于提供光源；

像差光學器件用于在光路中增加第一光學像差，使光路中的光束質量發生劣化；