CN106444052A - 产生阶数可调的焦散光束的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生阶数可调的焦散光束的光学系统，其包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的光路依次放置准直扩束系统、光阑、螺旋相位板、轴棱锥和柱透镜。通过本发明的光学系统可以利用改变光束照射在螺旋相位板上的不同位置产生不同阶数的Bessel光束,为获取不同阶数的焦散光束提供了简洁，有效的新途径。该光学系统涉及光学元件少，结构简单，易于搭建和调试，操作简单，且对不同阶数的焦散光束都可进行精准控制。焦散光束在大景深成像、光束的传输上具有非常大的潜在应用。因此，该光学系统在实际应用中具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，具体是一种产生阶数可调的焦散光束的光学系统。
背景技术
焦散光束也是无衍射光束家族的一员，在传输特性方面也具有自重建特性。这种光束在光束的传输、大景深成像等方面都存在应用，同时也对Bessel光束在非对称光学系统的传输中具有一定的研究及参考价值，从而受到人们的广泛关注。2007年，Marcelino小组提出无衍射焦散光束的概念，并指出焦散光束作为无衍射光束的一种，在传输特性方面也具有自重建特性；后来利用几何光学进行解释，并通过实验获得了焦散光束。
目前对于无衍射焦散光束的研究主要是基于零阶Bessel光束，而关于高阶Bessel光束形成焦散光束的相关研究鲜有报道。零阶Bessel光束的中心主光斑是实心亮光斑，而高阶Bessel光束的中心主光斑是暗空心光斑。空心光阱比实心光阱有更强更高效的捕获能力，因此高阶Bessel光束在光镊、光学微粒操控、冷原子的导引和准直中有重要的应用价值。随着特殊光束的发展，空心光束的生产与应用是一个热点。因此对于高阶焦散光束的产生的研究是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生阶数可调的焦散光束的光学系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
产生阶数可调的焦散光束的光学系统，包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的激光光路依次放置准直扩束系统、光阑、螺旋相位板、轴棱锥和柱透镜；其中，所述柱透镜与所述轴棱锥之间的距离要小于Bessel光束的最大无衍射距离，此最大无衍射距离其中，r是所述激光器照射在所述轴棱锥上的光束的半径，n是所述轴棱锥的折射率，γ是所述轴棱锥的底角。
上述激光器为He-Ne激光器。
上述柱透镜为凸柱透镜。
采用上述方案后,本发明的光学系统，激光器发出的激光束经准直扩束系统扩束后依次经过光阑和螺旋相位板，产生不同阶数的涡旋光束；经过轴棱锥线聚焦，在轴棱锥后面产生不同阶数的高阶Bessel光束；在经过柱透镜，产生不同阶数的焦散光束。通过改变光束照射在螺旋相位板的不同位置对焦散光束的阶数进行精确调制。本光学系统结构简单，操作简单且能对焦散光束进行阶数上的精准调控等优点；因此，在实际应用中具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为本发明光学系统的组成装置图；
图2为本发明光学系统的光路示意图；
图3为本发明光学系统的实验光斑图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
本发明产生阶数可调的焦散光束的光学系统，如图1所示，包括光学平台1和分别用固定支架2支撑定位的激光器3、短焦距透镜4、长焦距透镜5、光阑6、螺旋相位板7、轴棱锥8、柱透镜9和CCD成像系统10；其中，激光器3采用He-Ne激光器。柱透镜9采用凸面型柱透镜。
光学系统的搭建顺序如图1所示，从左到右依次排列，即，沿该激光器3的激光光路依次放置短焦距透镜4、长焦距透镜5、光阑6、螺旋相位板7、轴棱锥8、柱透镜9和CCD成像系统10。其中，柱透镜9与轴棱锥8之间的距离要小于Bessel光束的最大无衍射距离，此最大无衍射距离其中，r是所述激光器照射在所述轴棱锥上的光束的半径，n是所述轴棱锥的折射率，γ是所述轴棱锥的底角。作为一个实施例，柱透镜9与轴棱锥8之间的较佳距离为350mm。
其中，短焦距透镜4的焦点和长焦距透镜5的焦点重合，由短焦距透镜4和长焦距透镜5构成一个准直扩束系统，准直扩束系统的放大倍数可以根据需要通过选取不同的透镜焦距来调节。
工作时，如图2所示，首先将He-Ne激光器3打开，所产生的激光束经过短焦距透镜4和长焦距透镜5准直扩束后，照射在光阑6上产生半径固定的光源，经过螺旋相位板7后产生不同阶数的涡旋光束，并通过轴棱锥8对涡旋光束的线聚焦作用产生不同阶数的高阶Bessel光束，最后通过柱透镜9产生所需的焦散光束。可通过改变激光束照射在螺旋相位板7上的不同位置，对涡旋光束的阶数进行调制，从而实现对焦散光束的阶数控制。
作为一个实施例，选择短焦距透镜4的焦距f＝15mm、长焦距透镜5的焦距f＝190mm，轴棱锥9的底角γ＝1°，轴棱锥8的折射率n＝1.458，柱透镜9的焦距f＝130mm，并且使得柱透镜9与轴棱锥8之间的距离为350mm。实验时，根据图1的元件顺序搭建光学系统。并在柱透镜9后不同距离处用CCD成像系统10拍摄焦散光束的光强分布，结果如图3所示，其中，Z为CCD成像系统10与柱透镜9的距离。
由此，该光学系统将为不同阶数焦散光束的获取打开新的大门，其市场前景也是非常的广阔的。
上述实施例和图式并非限定本发明系统的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明系统的专利范畴。
Claims (3)
1.产生阶数可调的焦散光束的光学系统，其特征在于：包括光学平台，该光学平台上放置有激光器，沿该激光器的激光光路依次放置准直扩束系统、光阑、螺旋相位板、轴棱锥和柱透镜；其中，所述柱透镜与所述轴棱锥之间的距离要小于Bessel光束的最大无衍射距离，此最大无衍射距离其中，r是所述激光器照射在所述轴棱锥上的光束的半径，n是所述轴棱锥的折射率，γ是所述轴棱锥的底角。
2.根据权利要求1所述产生阶数可调的焦散光束的光学系统，其特征在于：上述激光器为He-Ne激光器。
3.根据权利要求1所述产生阶数可调的焦散光束的光学系统，其特征在于：上述柱透镜为凸柱透镜。
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