[發(fā)明專利]高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器

無效

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• 申請日: 1994-03-29
• 公開（公告）號: CN1098509A
• 公開（公告）日: 1995-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紹民;林強(qiáng);陸璇輝
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州大學(xué)
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;H01S3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生高亮度超衍射極限光束的儀器。

由于受到光的衍射的影響，任意光束都具有一定的發(fā)散角和有限的光斑尺寸。在一定的光束尺寸下，提高光束的亮度，減少發(fā)散角對實(shí)際應(yīng)用來說意義重大。自六十年代第一臺紅寶石激光器誕生以來，人們普遍認(rèn)為基模激光器所產(chǎn)生的高斯光束是理想的光束，對于相同的光束尺寸，它的發(fā)散角最小。并且認(rèn)為理想的高斯光束是實(shí)際激光器所能達(dá)到的極限。近年來，有人提出貝塞爾（Bessel）光束具有無衍射特性，但其光束尺寸為無窮大，實(shí)際不能實(shí)現(xiàn)。而截?cái)嗔说呢惾麪柟馐痪哂袩o衍射特性，而且現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置所產(chǎn)生的貝塞爾光束亮度很低，不實(shí)用。迄今為止，無衍射光束并沒有真正實(shí)現(xiàn)。其主要原因是人們一直沿用的基爾霍夫衍射積分公式不夠完善，沒有反映物理本質(zhì)。

本發(fā)明的目的是提供一種在不增加光束尺寸的條件下，能產(chǎn)生亮度比基模高斯光束高，同時(shí)發(fā)散角比基模高斯光束小的超衍射極限光束的儀器。

本發(fā)明所提供的高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器，由光源和一塊鍍介質(zhì)膜的位相片構(gòu)成。所述位相片有內(nèi)鍍膜區(qū)和透明區(qū)，也可在透明區(qū)外設(shè)有外鍍膜區(qū)。所述位相片的基底對光源工作波長λ而言是透明的。膜層的厚度d與光源工作波長λ的關(guān)系滿足d＝（2n+1）λ/2，其中n＝0，1，2，3，…。內(nèi)鍍膜區(qū)和外鍍膜區(qū)的形狀可為圓形、方形、一維長條形或二維長條形，內(nèi)鍍膜區(qū)的尺寸小于照明光束的尺寸，外鍍膜區(qū)的尺寸范圍是0＜b≤10cm。內(nèi)、外鍍膜區(qū)之間的透明區(qū)的尺寸δ的范圍是0.1μm≤δ≤1cm。所述照明光源為激光器時(shí)，照明光源輸出面與位相片之間的距離滿足-20≤L≤20cm，L＜0表示相位片放在激光諧振腔內(nèi)部，L＝0表示位相片放在腔鏡上，L＜0表示位相片放在激光器外部。所述照明光源為非激光光源時(shí)，它們之間的距離滿足0＜L≤20cm。

本發(fā)明提供的光束產(chǎn)生器的機(jī)理是根據(jù)衍射原理進(jìn)行相干疊加，使得光束中心部分得到加強(qiáng)，因而亮度要比入射光束高，強(qiáng)度分布更加集中，發(fā)散角更小。

本發(fā)明提供的光束產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低。照明光源可以用普通基模激光器或其它相干性好的光源。適用于各個(gè)波段，如可見、紅外、紫外等。

附圖說明：

附圖1是本發(fā)明的圓形高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器的位相片示意圖。圖中（1）是內(nèi)鍍膜區(qū)，（2）是透明區(qū)。

附圖2是本發(fā)明的圓形位相片示意圖，圖中（3）是外鍍膜區(qū)。

附圖3是本發(fā)明的一維長條形光束產(chǎn)生器位相片示意圖。

附圖4是本發(fā)明的二維長條形光束產(chǎn)生器位相片示意圖。

附圖5是本發(fā)明的光束產(chǎn)生器位相片與照明光源的位置關(guān)系示意圖。圖中（4）是照明光源，（5）是光源輸出面，（6）是光束產(chǎn)生器的位相片。

實(shí)施例1：

參見圖1，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為圓形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的直徑a＝0.5mm～10.0mm，透明區(qū)尺寸δ為0.1mm～10.0mm。照明光源用YAP固體激光器，工作波長是1.06μm，介質(zhì)膜的厚度是d＝0.53（2n+1）μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體激光器輸出面5之間的距離為L＝-5～20cm。

實(shí)施例2：

參見附圖2，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為圓形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的直徑a＝0.30mm～5.00mm，透明區(qū)2的尺寸δ的范圍取0.1μm～10μm。外鍍膜區(qū)3的尺寸b的范圍取0.5mm≤b≤10mm。照明光源4用He-Ne基模激光器，工作波長是0.6328μm，介質(zhì)膜的厚度d＝0.3164（2n+1）μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與He-Ne激光器輸出面5之間的距離為L＝-20～5cm。

實(shí)施例3：

參見圖3，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為一維長條形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的寬度a＝1.00～10.00mm，透明區(qū)2的尺寸δ的范圍取1μm～100μm，外鍍膜區(qū)3的尺寸b的范圍取0≤b≤10mm。照明光源用YAG固體激光器，工作波長是1.06μm，介質(zhì)膜的厚度是d＝0.53（2n+1）μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體激光器輸出面5之間的距離L＝-5～20cm。