CN102566077A - 一种多焦点成像装置及方法 - Google Patents

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郭汉明
翁晓羽
田毅强
瑚琦
隋国荣
姜曼
蒋庭佳
庄松林
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Abstract

本发明揭示了一种多焦点成像装置及方法，所述装置包括：光源、光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；所述光源出射光束方向上依次置有光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；所述滤波片的滤波函数为
Figure DDA0000135014300000011
或者
Figure DDA0000135014300000012
其中，n为正奇数，m为非零整数，
Figure DDA0000135014300000013
为光束横截面上的方位角。本发明提出的多焦点成像装置及方法，对光束波前调控便捷，光能量利用率高，成本低廉，结构简单稳定，对机械定位要求低。

Description

一种多焦点成像装置及方法
技术领域
本发明属于应用光学技术领域，涉及一种成像装置，尤其涉及一种多焦点成像装置；同时，本发明还涉及一种多焦点成像方法，主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作用等领域。
背景技术
现有的多焦点产生方法，大多通过采用微透镜阵列、光束分离器或衍射光学元件等元件或方法生成多焦点光束。
其中，采用微透镜阵列方法产生多焦点光束时，因入射光一般采用高斯光束，又因高斯光束的不均匀性，导致该方法存在光能利用率不高的缺点；而光束分离器结构复杂、体积较大，调节精度要求高，在使用上较困难；衍射光学元件使用时必须与设计波长匹配，且不能用于不同波长，造价太高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种多焦点成像装置，具有对光束波前调控便捷、光能量利用率高、成本低廉等特点。
此外，本发明还提供一种多焦点成像方法，具有对光束波前调控便捷、光能量利用率高、成本低廉等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种多焦点成像装置，包括：光源、光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；
所述光源出射光束方向上依次置有光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；
所述滤波片的滤波函数为
Figure BDA0000135014280000011
或者其中，n为正奇数，m为非零整数，
Figure BDA0000135014280000013
为光束横截面上的方位角。
作为本发明的一种优选方案，所述滤波片的滤波函数中的参数n和m可调。
作为本发明的一种优选方案，所述光束直径调节器是光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件。
作为本发明的一种优选方案，所述光束直径调节器为扩束镜。
作为本发明的一种优选方案，所述焦点调制相位板为可编程相位型空间光调制器或可编程液晶光学相位控制器件或光机电集成相位控制器件。
一种上述的多焦点成像装置的成像方法，包括如下步骤：
光源出射光束经过光束直径调节器，光束直径调节器对光束进行扩束，扩束后的激光束由起偏器对其进行偏振调制；
调制得到的激光束经过滤波片滤波后，由光学聚焦部件聚焦，并由光电探测部件探测显示聚焦结果；
滤波片对入射的激光束进行调制，在焦点区域形成了多个焦点；其中，滤波片的滤波函数为
Figure BDA0000135014280000021
或者
Figure BDA0000135014280000022
Figure BDA0000135014280000023
为光束横截面上的方位角，当n为正奇数，m为非零整数时；
最终得到的焦点个数为2|m|。
本发明的有益效果在于：本发明提出的多焦点成像装置及方法，对光束波前调控便捷，光能量利用率高，成本低廉，结构简单稳定，对机械定位要求低。
附图说明
图1为本发明多焦点成像装置的组成示意图。
图2为本发明多焦点成像装置的焦点示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，图1为本发明实施例成像装置示意图。一种多焦点成像装置，由光源1、光束直径调节器2、起偏器3、滤波片4、光学聚焦部件5和光电探测部件6构成；光源1出射光束方向上依次置有光束直径调节器2、起偏器3、滤波片4、光学聚焦部件5和光电探测部件6，滤波片4的滤波函数为
Figure BDA0000135014280000031
为光束横截面上的方位角。
光源1采用He-Ni激光器，波长为632.8nm，光束直径调节器2采用伽利略型扩束镜(当然，也可以采用开普敦型扩束镜)，光学聚焦部件5为尼康平场复消色差物镜。
本发明的一种相位板多焦点产生装置如上所述结构，工作过程为光源1出射光束经过光束直径调节器2，光束直径调节器2对光束进行扩束，扩束后的激光束由起偏器3对其进行偏振调制，调制得到的激光束经过滤波片4滤波后，由光学聚焦部件5聚焦，并由光电探测部件6探测显示聚焦结果；滤波片4对入射的激光束进行调制，在焦点区域形成了多个焦点。其中，滤波片4的滤波函数为
Figure BDA0000135014280000033
Figure BDA0000135014280000034
为光束横截面上的方位角，因n＝1，m＝2，最终得到的焦点个数为4个，如图2所示。
综上所述，本发明提出的多焦点成像装置及方法，对光束波前调控便捷，光能量利用率高，成本低廉，结构简单稳定，对机械定位要求低。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (6)

1.一种多焦点成像装置，其特征在于，包括：光源、光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；
所述光源出射光束方向上依次置有光束直径调节器、起偏器、滤波片、光学聚焦部件和光电探测部件；
所述滤波片的滤波函数为或者其中，n为正奇数，m为非零整数，
Figure FDA0000135014270000013
为光束横截面上的方位角。
2.根据权利要求1所述的多焦点成像装置，其特征在于：
所述滤波片的滤波函数中的参数n和m可调。
3.根据权利要求1所述的多焦点成像装置，其特征在于：
所述光束直径调节器是光束扩束倍率可调的光束扩束光学部件。
4.根据权利要求1所述的多焦点成像装置，其特征在于：
所述光束直径调节器为扩束镜。
5.根据权利要求1所述的多焦点成像装置，其特征在于：
所述焦点调制相位板为可编程相位型空间光调制器或可编程液晶光学相位控制器件或光机电集成相位控制器件。
6.一种权利要求1所述的多焦点成像装置的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
光源出射光束经过光束直径调节器，光束直径调节器对光束进行扩束，扩束后的激光束由起偏器对其进行偏振调制；
调制得到的激光束经过滤波片滤波后，由光学聚焦部件聚焦，并由光电探测部件探测显示聚焦结果；
滤波片对入射的激光束进行调制，在焦点区域形成了多个焦点；其中，滤波片的滤波函数为
Figure FDA0000135014270000014
或者
Figure FDA0000135014270000015
为光束横截面上的方位角，当n为正奇数，m为非零整数时；
最终得到的焦点个数为2|m|。
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CN104238135A (zh) * 2013-06-17 2014-12-24 上海理工大学 一种双焦点距离控制装置
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CN201518072U (zh) * 2009-10-21 2010-06-30 中国计量学院 一种多焦点调控系统
CN202018537U (zh) * 2011-04-20 2011-10-26 中国计量学院 一种基于波前相位调制的光镊装置

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