CN105467601A - 一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件实现轴向多焦点的方法 - Google Patents

一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件实现轴向多焦点的方法 Download PDF

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王晓峰
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Abstract

本发明提出一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件的方法，以及实现轴向多焦点的光路结构。其光路结构沿激光传播方向依次包括衍射多焦点元件、聚焦镜或可实现聚焦功能的镜头模组。根据激光光源参数，目标焦点参数，设计出相应规格的衍射多焦点元件、聚焦镜。本文的设计方法具有高效、结构简单、光能利用率高、设计焦点数量和能量分布自由度高的优点。

Description

一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件实现轴向多焦点的方法
技术领域
本发明提出一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件的方法，以及实现轴向多焦点的光路结构。
背景技术
多焦点元件在有调节能力的人工晶状体、激光光盘读取头、3-D图像的构建都发挥着独特的作用。
在激光加工产业尤其是激光切割行业，对光束质量提出了越来越高的要求，除了要求光斑更精细化，同时对多样的光斑形态也提出了要求。其中，多焦点在诸如透明材料(如玻璃、蓝宝石)切割等领域得到了越来越多的应用。
产生多个焦点的方法很多，比较典型的有用分区透镜实现多焦点，由于不同区孔径不同，造成不同焦点的视场不同。二元菲涅尔波带片也能实现多焦点，但这种方法不能准确控制焦点能量均匀性和数量。
本文的设计方法具有方法高效，结构极简、光能利用率高、设计焦点数量和能量分布的自由度高的优点。
发明内容
一种利用二元波带片设计的衍射多焦点元件。其光路结构沿激光传播方向依次包括衍射多焦点元件、聚焦镜。
第一步：由目标焦点Fl位置，得到衍射多焦点元件对应的焦距f1，和聚焦镜f2。
第二步：由目标焦点能量分布，设计二元波带片的相位分布cl表征了各焦点能量。
第三步：得到获得多焦点分布的相位函数其中为入射光初始相位，为聚焦镜相位，为衍射元件的聚焦相位。
第二步：根据相位函数，制作衍射多焦点元件。
第二步：将激光光束扩束准直，满足衍射多焦点元件对入射光的要求。
第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有衍射多焦点元件、聚焦镜。
第四步：在激光传播方向，观察光斑分布，调试像面的位置得到不同位置处的焦点。
附图说明
图1聚焦镜或可实现聚焦功能的镜头模组。
图2为均匀双焦点元件径向二元相位分布。
图3为轴向双焦点能量分布。
具体实施方式
多焦点元件配合聚焦镜。
具体实施包括：
1、根据入射光参数(包括波长、束腰直径、发散角)以及最终需要得到的焦点参数(焦点数量、各焦点位置、焦点能量分布)设计合适的多焦点元件、聚焦镜。
2、按照设计方案调试光路，在适当工作距离处得到所需要的各个焦点。
实例和效果
实例1实现均匀双焦点元件设计。
入射激光波长λ＝1.064μm，光斑半径R＝1.5mm第一焦点焦距为fa＝30mm，第二焦点焦距为fb＝34mm。
第一步：由目标焦点焦距得到衍射元件的焦距f1，和聚焦镜焦距f2。
第二步：将激光光束扩束准直，满足衍射多焦点元件对入射光的要求。
第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有衍射多焦点元件、聚焦镜。
第四步：沿光轴方向，调试像面的位置，依次观察光斑分布。
设计得到的多焦点元件径向二元相位分布如图2。
模拟得到的沿z轴焦点能量分布如图3。

Claims (6)

1.一种利用二元波带片设计思路设计的衍射多焦点元件及其设计方法以及实现轴向多焦点的光路结构。其光路沿激光传播方向依次包括衍射多焦点元件、聚焦镜或可以实现聚焦功能的镜头模组。
第一步：由目标焦点Fl位置，得到衍射多焦点元件对应的焦距f1，和聚焦镜f2。
第二步：由目标焦点能量分布，设计二元波带片的相位分布cl表征了各焦点能量。
第三步：得到获得多焦点分布的相位函数其中为入射光初始相位，为聚焦镜相位，为衍射元件的聚焦相位。
第四步：根据相位函数，制作衍射多焦点元件。
第五步：将激光器出射光束扩束准直，满足衍射多焦点元件对入射光的要求。
第六步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有衍射多焦点元件、聚焦镜或可以实现聚焦功能的镜头模组。
第七步：在激光传播方向，观察光斑分布，调试像面的位置得到不同位置处的焦点。
2.如权利要求1所述的衍射多焦点光学元件的设计方法，其特征包括根据焦点参数得到的聚焦镜焦距和衍射元件焦距的方法、根据目标焦点参数设计二元波带片的方法、合成最后多焦点相位函数的方法。
3.如权利要求1所述的衍射多焦点光学元件，其特征材料包括但不限于熔融石英玻璃、普通玻璃、ZnSe。
4.如权利要求1所述的激光光源参数包括波长、束腰直径、发散角。
5.如权利要求1所述的目标焦点参数包括焦点数量、各焦点位置、焦点能量分布。
6.如权利要求1所述的聚焦镜或可以实现聚焦功能的镜头模组的参数包括焦距。
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