高亮度超衍射極限光束產生器的製作方法
2023-08-02 00:25:36 3
專利名稱：高亮度超衍射極限光束產生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能產生高亮度超衍射極限光束的儀器。
由於受到光的衍射的影響，任意光束都具有一定的發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，減少發散角對實際應用來說意義重大。自六十年代第一臺紅寶石雷射器誕生以來，人們普遍認為基模雷射器所產生的高斯光束是理想的光束，對於相同的光束尺寸，它的發散角最小。並且認為理想的高斯光束是實際雷射器所能達到的極限。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，實際不能實現。而截斷了的貝塞爾光束不具有無衍射特性，而且現有的實驗裝置所產生的貝塞爾光束亮度很低，不實用。迄今為止，無衍射光束並沒有真正實現。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。
本發明的目的是提供一種在不增加光束尺寸的條件下，能產生亮度比基模高斯光束高，同時發散角比基模高斯光束小的超衍射極限光束的儀器。
本發明所提供的高亮度超衍射極限光束產生器，由光源和一塊鍍介質膜的位相片構成。所述位相片有內鍍膜區和透明區，也可在透明區外設有外鍍膜區。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的關係滿足d＝(2n＋1)λ／2，其中n＝0，1，2，3，…。內鍍膜區和外鍍膜區的形狀可為圓形、方形、一維長條形或二維長條形，內鍍膜區的尺寸小於照明光束的尺寸，外鍍膜區的尺寸範圍是0＜b≤10cm。內、外鍍膜區之間的透明區的尺寸δ的範圍是0.1μm≤δ≤1cm。所述照明光源為雷射器時，照明光源輸出面與位相片之間的距離滿足－20≤L≤20cm，L＜0表示相位片放在雷射諧振腔內部，L＝0表示位相片放在腔鏡上，L＜0表示位相片放在雷射器外部。所述照明光源為非雷射光源時，它們之間的距離滿足0＜L≤20cm。
本發明提供的光束產生器的機理是根據衍射原理進行相干疊加，使得光束中心部分得到加強，因而亮度要比入射光束高，強度分布更加集中，發散角更小。
本發明提供的光束產生器結構簡單、體積小、成本低。照明光源可以用普通基模雷射器或其它相干性好的光源。適用於各個波段，如可見、紅外、紫外等。
附圖1是本發明的圓形高亮度超衍射極限光束產生器的位相片示意圖。圖中(1)是內鍍膜區，(2)是透明區。
附圖2是本發明的圓形位相片示意圖，圖中(3)是外鍍膜區。
附圖3是本發明的一維長條形光束產生器位相片示意圖。
附圖4是本發明的二維長條形光束產生器位相片示意圖。
附圖5是本發明的光束產生器位相片與照明光源的位置關係示意圖。圖中(4)是照明光源，(5)是光源輸出面，(6)是光束產生器的位相片。
實施例1參見圖1，本發明所提供的光束產生器的位相片為圓形，位相片內鍍膜區1的直徑a＝0.5mm～10.0mm，透明區尺寸δ為0.1mm～10.0mm。照明光源用YAP固體雷射器，工作波長是1.06μm，介質膜的厚度是d＝0.53(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體雷射器輸出面5之間的距離為L＝－5～20cm。
實施例2參見附圖2，本發明所提供的光束產生器的位相片為圓形，位相片內鍍膜區1的直徑a＝0.30mm～5.00mm，透明區2的尺寸δ的範圍取0.1μm～10μm。外鍍膜區3的尺寸b的範圍取0.5mm≤b≤10mm。照明光源4用He－Ne基模雷射器，工作波長是0.6328μm，介質膜的厚度d＝0.3164(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與He－Ne雷射器輸出面5之間的距離為L＝－20～5cm。
實施例3參見圖3，本發明所提供的光束產生器的位相片為一維長條形，位相片內鍍膜區1的寬度a＝1.00～10.00mm，透明區2的尺寸δ的範圍取1μm～100μm，外鍍膜區3的尺寸b的範圍取0≤b≤10mm。照明光源用YAG固體雷射器，工作波長是1.06μm，介質膜的厚度是d＝0.53(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體雷射器輸出面5之間的距離L＝－5～20cm。
權利要求1.一種高亮度超衍射極限光束產生器，其特徵是由光源和鍍介質膜的位相片構成，所述位相片有內鍍膜區(1)、透明區(2)。所述介質膜的厚度滿足d=(2n+1)λ/2，式中λ為照明光源的工作波長，n=0，1，2，…，d為厚度。
2.根據權利要求1所述的光束產生器，其特徵是透明區(2)外設有外鍍膜區(3)。
3.根據權利要求1或2所述的光束產生器，其特徵是所述鍍膜區的形狀為圓形或方形或一維長條形或二維長條形。
4.根據權利要求1所述的光束產生器，其特徵是所述的內鍍膜區(1)的尺寸小於照明光束的尺寸。
5.根據權利要求1所述的光束產生器，其特徵是所述的透明區(2)的尺寸範圍是0.1μm≤δ≤1cm。
6.根據權利要求2所述的光束產生器，其特徵是所述的外鍍膜區(3)的尺寸範圍是0＜b≤10cm。
7.根據權利要求1所述的光束產生器，其特徵是所述的照明光源(4)是各種基膜或多模雷射器或其它相干性好的光源。
8.根據權利要求7所述的光束產生器，其特徵是所述的照明光源(4)是各種雷射器，光源輸出面(5)與位相片(6)的之間距離L滿足－20cm≤L≤20cm。
9.根據權利要求7所述的光束產生器，其特徵是所述的照明光源是非雷射相干光源，光源輸出面(5)與位相片(6)之間的距離L滿足0＜L≤20cm。
專利摘要一種高亮度超衍射極限光束產生器，其特徵是由光源和鍍介質膜的位相片構成。所述位相片有內鍍膜區(1)和透明區(2)。所述介質膜的厚度滿足d＝(2n+1)λ/2。式中λ為照明光源的工作波長，n＝0，1，2，…，d為厚度。該光束產生器在相干光源照明下能產生比基模高斯光束亮度更高而且發散角更小的超衍射極限光束。
文檔編號G02B1/00GK2186920SQ9420595
公開日1995年1月4日 申請日期1994年3月29日 優先權日1994年3月29日
發明者王紹民, 林強, 陸璇輝 申請人:杭州大學