一種產生帶狀無衍射光束的光學系統的製作方法
2023-05-30 01:27:01
一種產生帶狀無衍射光束的光學系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種產生帶狀無衍射光束的光學系統，其包括光學平臺，該光學平臺上放置有雷射器，沿該雷射器的雷射光路依次放置短焦距透鏡、長焦距透鏡、橢圓孔徑菲林片和軸稜錐；短焦距透鏡的焦點和長焦距透鏡的焦點重合；橢圓孔徑菲林片緊靠著軸稜錐；從長焦距透鏡射向橢圓孔徑菲林片的光束的直徑大於橢圓孔徑菲林片的橢圓孔的短軸直徑。通過本實用新型的光學系統可方便快捷地產生帶狀無衍射光束，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。
【專利說明】一種產生帶狀無衍射光束的光學系統
【技術領域】
[0001]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。
【背景技術】
[0002]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，被廣泛用於雷射打孔，光學俘獲和操作、雷射成像，幹涉測量、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稜錐得到無衍射光束，當入射到軸稜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，當入射到軸稜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稜錐產生高階Bessel-Gauss光束,橢圓高斯振幅調製的平面波入射軸稜錐得到無衍射Mathieu光束等。
[0003]現有技術中，要產生具有Mathieu光束特徵的帶狀無衍射光束，通常是採用傳統計算機或者製作相位全息片來獲得，其操作比較複雜且成本較高。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供一種方便快捷產生帶狀無衍射光束的光學系統。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0006]一種產生帶狀無衍射光束的光學系統，包括光學平臺，該光學平臺上放置有雷射器，沿該雷射器的雷射光路依次放置短焦距透鏡、長焦距透鏡、橢圓孔徑菲林片、軸稜錐；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稜錐；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於上述橢圓孔徑菲林片的橢圓孔的短軸直徑。
[0007]上述雷射器為He-Ne雷射器。
[0008]採用上述方案後，當雷射器發出的雷射光束依次經短焦距透鏡和長焦距透鏡準直擴束後，經由橢圓孔徑菲林片，再正入射到軸稜錐上，輸出形成帶狀無衍射光束；本光學系統結構非常簡單，軸稜錐具有光學損傷閾值高，通光孔徑大等優點，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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型光學系統的結構示意圖；
[0010]圖2為本實用新型光學系統的光路示意圖；
[0011]圖3為本實用新型中橢圓孔徑菲林片的結構示意圖；
[0012]圖4a-圖4d為本實用新型光學系統的計算機模擬光斑圖；
[0013]圖5a-圖5d為本實用新型光學系統的實驗光斑圖。
【具體實施方式】
[0014]為了進一步解釋本實用新型系統的技術方案，下面通過具體實施例來對本實用新型系統進行詳細闡述。
[0015]本實用新型的一種產生帶狀無衍射光束的光學系統，如圖1所示，具有光學平臺1，在光學平臺1上放置雷射器2，沿該雷射器2的雷射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和軸稜錐6。其中，雷射器2、短焦距透鏡3、長焦距透鏡4、橢圓孔徑菲林片5和軸稜錐6分別通過固定支架7支撐定位在光學平臺1上。
[0016]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緊靠著軸稜錐6。
[0017]其中，雷射器2米用He-Ne雷射器。
[0018]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，準直擴束系統的放大倍數可以根據需要通過選取不同的透鏡焦距來調節。調整準直擴束系統的放大倍數，使從長焦距透鏡4射向橢圓孔徑菲林片5的光束的直徑大於橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的短軸直徑。為了使最後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於橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的長軸直徑。
[0019]工作時，如圖2、3所示，首先He-Ne雷射器2打開，雷射光束經過短焦距透鏡3和長焦距透鏡4準直擴束後形成直徑大於橢圓孔徑菲林片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後形成橢圓形的光斑，投射在軸稜錐6後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Zmax - a/[(n-l) Y]近似計算得到，其中a為入射到軸稜錐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)，η為軸稜錐6的折射率，γ為軸稜錐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。
[0020]作為實施例，軸稜錐6的底角γ = 1°，軸稜錐6的折射率η = 1.458，橢圓孔徑菲林片5的橢圓孔的長短軸半徑分別為a = 5mm, b = 1.5mm,短焦距透鏡3的焦距f = 15mm、長焦距透鏡4的焦距f = 190mm,實驗時，根據圖2的光路搭建光路系統，拍攝到不同傳播距離處的結果如圖5a-圖5d所示。
[0021]由此，本光學系統為獲取帶狀無衍射光束提供了一種低成本，簡潔，有效的方法。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。
[0022]上述實施例和圖式並非限定本實用新型系統的產品形態和式樣，任何所屬【技術領域】的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本實用新型系統的專利範疇。
【權利要求】
1.一種產生帶狀無衍射光束的光學系統，其特徵在於:包括光學平臺，該光學平臺上放置有雷射器，沿該雷射器的雷射光路依次放置短焦距透鏡、長焦距透鏡、橢圓孔徑菲林片、軸稜錐；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稜錐；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於上述橢圓孔徑菲林片的橢圓孔的短軸直徑。
2.如權利要求1所述的一種產生帶狀無衍射光束的光學系統，其特徵在於:上述雷射器為He-Ne雷射器。
【文檔編號】G02B27/09GK204116721SQ201420522858
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】吳逢鐵, 謝曉霞, 李冬 申請人:華僑大學