CN116893525B - 远场超分辨光学系统、激光制造系统及成像分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学系统技术领域，提供一种远场超分辨光学系统、激光制造系统及成像分析系统。远场超分辨光学系统，包括：激光发射装置，所述激光发射装置用于发射激光光束；第一光束调制模块，所述第一光束调制模块用于将激光光束调制为环形能量分布光束；第二光束调制模块，所述第二光束调制模块用于将所述环形能量分布光束调制为可实现环形聚焦的锥形波前相位分布光束；所述激光发射装置、所述第一光束调制模块和所述第二光束调制模块依次同轴设置。本发明提供的远场超分辨光学系统，在能够实现纳米级特征形貌分辨率的聚焦光场基础上，实现厘米级的远场工作距离，大幅提升光学系统的远场光学分辨率以及相关纳米级光学制造的制造效率和制造精度。

Description

远场超分辨光学系统、激光制造系统及成像分析系统

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种远场超分辨光学系统、激光制造系统及成像分析系统。

背景技术

由于电磁场波长的本质，传统的光技术在成像和制造技术领域的分辨率受限于光学衍射极限，其成像特征分辨率难以实现对生物分子的观测且制造技术难以实现纳米级特征尺寸的形貌制备。因此，相关技术通过各种方法来突破光学衍射极限以获得更高的光学分辨率和更小的制造特征尺寸。

现有技术中，超分辨技术主要分为近场超分辨技术和远场超分辨技术。近场超分辨技术相较于远场超分辨技术，在波长量级的聚焦距离内可实现更小的光斑半径，从而实现更高的光学分辨率和更小的制造特征尺寸；但同时由于其工作距离过小，对于z轴尺寸较大的三维形貌难以实现高分辨的成像及特征制造，并且限制了在大通量、大幅面和高效率的超分辨扫描成像或制造技术中的应用。远场超分辨技术中主要为受激发损耗显微等显微成像技术，但这些成像技术都需要对被监测样品进行标记，而与之相对应的非标记的远场超分辨显微技术具有工作距离大、无需对样品进行标记等特点。相关技术分别公开了一种基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统及方法和一种基于高斯-贝塞尔光束照明的荧光激发显微镜，其利用高斯-贝塞尔光束的无衍射特性以及聚焦光斑的半峰全宽可突破衍射极限等特性实现了远场的超分辨成像，具有工作距离大、照明光束传播距离远、照明光束穿透性强、光束的横向半高全宽小于衍射极限等特性，并采用共聚焦模式，实现一种无需标记的远场超分辨成像系统和方法。可应用于生物样品的非标记超分辨显微成像以及工业相关超分辨显微检测等领域。然而，上述的远场超分辨技术，由于全反射条件的限制，照明高斯-贝塞尔光束的半峰全宽难以突破百纳米量级；并且由于高斯-贝塞尔光束调制系统的限制，在应用过程中需要设置4f光学系统以获得更小的聚焦光斑尺寸。而4f光学系统常常为了获得更大的缩束倍率，第二块聚焦透镜需设置为高倍显微物镜，从而导致其光学系统虽然可以实现远场聚焦，但其工作距离仍难以突破10毫米量级，因此使得基于无衍射光束的远场超分辨技术虽然为远场，但其聚焦距离与远场程度仍难以满足超分辨技术发展需求。

因此，亟需一种能够解决上述问题的远场超分辨光学系统。

发明内容

本发明提供一种远场超分辨光学系统，在能够实现纳米级特征形貌分辨率的聚焦光场基础上，实现厘米级的远场工作距离，大幅提升光学系统的远场光学分辨率以及相关纳米级光学制造的制造效率和制造精度。

本发明提供一种远场超分辨光学系统，包括：

激光发射装置，所述激光发射装置用于发射激光光束；

第一光束调制模块，所述第一光束调制模块用于将激光光束调制为环形能量分布光束；

第二光束调制模块，所述第二光束调制模块用于将所述环形能量分布光束调制为可实现环形聚焦的锥形波前相位分布光束；

所述激光发射装置、所述第一光束调制模块和所述第二光束调制模块依次同轴设置。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第一光束调制模块用于将激光光束调制为具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第一光束调制模块包括第一锥透镜和第二锥透镜，所述第一锥透镜和所述第二锥透镜对入射光束的光矢量方向偏转角度相等，所述第一锥透镜和所述第二锥透镜之间的间距满足：

其中，为入射光束的半径，/>为所述第一锥透镜出射光束光矢量方向与主光轴方向之间的夹角。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第二光束调制模块包括第三锥透镜和聚焦透镜。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第三锥透镜设置于所述聚焦透镜的入光侧，所述第三锥透镜与所述聚焦透镜之间的间距满足：

其中，为入射光束的半径，/>为所述第三锥透镜出射光束光矢量方向与主光轴方向之间的夹角。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述激光发射装置与所述第一光束调制模块之间设有光束前处理模块，所述光束前处理模块包括依次设置的准直模块和第一缩束模块，所述准直模块和所述第一缩束模块分别用于对光束进行准直处理和缩束处理。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述准直模块包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述激光发射装置和所述第一缩束模块之间。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第一缩束模块包括至少一个缩束透镜；

在所述第一缩束模块包括多个所述缩束透镜的情况下，所有的所述缩束透镜依次同轴设置于所述准直模块与所述第一光束调制模块之间。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，还包括光学扫描装置和运动台，所述运动台用于调节目标扫描平面与聚焦光斑之间的相对运动，所述光学扫描装置设置于所述第二光束调制模块与所述运动台之间。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，还包括光斑形貌质量分析模块，所述光斑形貌质量分析模块包括第一光束质量分析装置和第二光束质量分析装置，所述第一光束质量分析装置用于分析第一光束调制模块出射光束的能量分布形式，所述第二光束质量分析装置用于分析第二光束调制模块出射光束的能量分布形式。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述光斑形貌质量分析模块还包括第一半透射半反射镜和第二半透射半反射镜，所述第一半透射半反射镜设置于所述第一光束调制模块与所述第二光束调制模块之间，所述第二半透射半反射镜设置于所述第二光束调制模块的出光侧；

所述第一光束质量分析装置用于检测所述第一半透射半反射镜的反射光；

所述第二光束质量分析装置用于检测所述第二半透射半反射镜的反射光。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述光斑形貌质量分析模块还包括第二缩束模块，所述第二缩束模块设置于所述第一半透射半反射镜与所述第一光束质量分析装置之间。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述第二缩束模块包括至少一个缩束透镜；

所述第二缩束模块在包括多个所述缩束透镜的情况下，所有的所述缩束透镜依次同轴设置于所述第一半透射半反射镜与所述第一光束质量分析装置之间。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述激光发射装置与所述第一光束调制模块之间用于对入射光束的偏振态进行调节的光束偏振态反馈调节模块。

根据本发明提供的远场超分辨光学系统，所述光束偏振态反馈调节模块包括依次同轴设置的第一半波片和第二半波片。

本发明还提供一种激光制造系统，包括如上任一项所述的远场超分辨光学系统。

本发明还提供一种成像分析系统，包括如上任一项所述的远场超分辨光学系统。

本发明提供的远场超分辨光学系统，通过设置第一光束调制模块和第二光束调制模块，第一光束调制模块能够将激光光束调制为具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束，第二光束调制模块能够对上述具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束实现具有圆柱对称特性的锥形光矢量方向调控以及环形聚焦，光矢量方向与主光轴夹角随径向位置的增大而增大的不均匀锥形波前相位分布光束，该光束在自由空间中传播一定轴向距离后实现多光束叠加干涉，在能够实现纳米级特征形貌分辨率的聚焦光场基础上，实现厘米级的远场工作距离，大幅提升光学系统的远场光学分辨率以及相关纳米级光学制造的制造效率和制造精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中第一光束调制模块和第二光束调制模块的示意图；

图3是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中第一锥透镜和第二锥透镜的位置示意图；

图4是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中第三锥透镜和聚焦透镜的位置示意图；

图5是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中第一光束调制模块调制所得的光束横向光强分布示意图；

图6是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中聚焦光斑的横向光强分布的理论计算与仿真结果示意图；

图7是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统中聚焦区域所获得的贝塞尔光束的横向光强分布的理论计算与仿真结果示意图；

图8是本发明实施例提供的远场超分辨光学系统的工作流程图。

附图标记：

1、激光发射装置；2、准直透镜；3、第一缩束透镜；4、第二缩束透镜；5、第一半波片；6、第二半波片；7、第一锥透镜；8、第二锥透镜；9、第三锥透镜；10、聚焦透镜；11、光学扫描装置；12、运动台；13、第一半透射半反射镜；14、第二半透射半反射镜；15、第三缩束透镜；16、第四缩束透镜；17、第一光束质量分析装置；18、第二光束质量分析装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图8描述本发明提供的远场超分辨光学系统。

如图1所示，为本发明提供的远场超分辨光学系统实施例的示意图。本实施例的远场超分辨光学系统包括：

激光发射装置1，激光发射装置1用于发射激光光束；

第一光束调制模块，第一光束调制模块用于将激光光束调制为具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束；

第二光束调制模块，第二光束调制模块用于使具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束实现具有圆柱对称特性的锥形光矢量方向调控以及环形聚焦；

激光发射装置1、第一光束调制模块和第二光束调制模块依次同轴设置。

具体地，在本发明实施例中，激光发射装置1采用激光器，激光器可出射基模高斯光束，光斑能量分布为高斯型能量分布且具有较好的光斑质量。

本发明提供的远场超分辨光学系统，通过设置第一光束调制模块和第二光束调制模块，第一光束调制模块能够将激光光束调制为具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束，第二光束调制模块能够对上述具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束实现具有圆柱对称特性的锥形光矢量方向调控以及环形聚焦，光矢量方向与主光轴夹角随径向位置的增大而增大的不均匀锥形波前相位分布光束，该光束在自由空间中传播一定轴向距离后实现多光束叠加干涉，在能够实现纳米级特征形貌分辨率的聚焦光场基础上，实现厘米级的远场工作距离，并且该远场聚焦的工作位置还可以通过增大所述环形能量分布光斑的环形半径来增大，还能大幅提升光学系统的远场光学分辨率以及相关纳米级光学制造的制造效率和制造精度。

如图2和图3所示，在本发明实施例中，第一光束调制模块包括同轴设置的第一锥透镜7和第二锥透镜8，第一锥透镜7和第二锥透镜8对入射光束的光矢量方向偏转角度相等，第一锥透镜7和第二锥透镜8之间的间距满足：

其中，为入射光束的半径，/>为第一锥透镜7出射光束光矢量方向与主光轴方向之间的夹角。作为示例，当激光发射装置1采用激光器时，入射光束为高斯光束，此时w为入射高斯光束的束腰半径。具体地，在本发明实施例中，第一锥透镜7和第二锥透镜8的底角相同，且第一锥透镜7和第二锥透镜8的圆锥面相对设置。如图5所示，激光光束通过第一锥透镜7和第二锥透镜8的调制作用，能够获得具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束，该环形能量分布光束依旧体现入射高斯光束能量分布特性，并且该环形能量分布光束为准直光束，拥有远距离传输时光强分布保持不变的特性，利用环形能量分布光斑区域内能量峰值位置的径向坐标较大的特点实现了厘米级的远场聚焦，提升远场聚焦精度。在一些实施例中，第一光束调制模块还可以包括能够实现相同光场能量分布及光束传输特性的光束调制系统。作为示例：包括但不限于反射式锥透镜光学系统、非球面透镜组、计算全息法光学系统、空间光调制器以及基于超表面的相位调制元件。

如图1和图2所示，在本发明实施例中，第二光束调制模块包括同轴设置的第三锥透镜9和聚焦透镜10。第三锥透镜9和聚焦透镜10构成Axicon-Lens（锥透镜-聚焦透镜）光学系统，准直环形能量分布光束入射第二光束调制模块后获得光矢量方向与主光轴方向夹角不均匀的锥形波前相位分布光束。通过环形能量分布光斑区域内能量峰值位置的径向坐标较大的特点，在Axicon-Lens光学系统中实现了远场聚焦，经仿真与计算可证明该系统可实现厘米级的远场聚焦，提升远场聚焦精度。在一些实施例中，第二光束调制模块还可以包括能够实现相同光场能量分布及光束传输特性的光束调制系统。作为示例：包括但不限于非球面透镜组、计算全息法光学系统、空间光调制器以及基于超表面的相位调制元件。

如图4所示，在本发明实施例中，第三锥透镜9设置于聚焦透镜10的入光侧，第三锥透镜9与聚焦透镜10之间的间距满足：

其中，为入射光束的半径，/>为第三锥透镜9出射光束光矢量方向与主光轴方向的夹角。通过形成轴向距离较小的Axicon-Lens光学系统，可在准直光束入射时实现光斑半径较小且光斑能量集中的聚焦干涉聚焦光场。并且由于在系统参数不变时，系统中光场聚焦位置与Axicon-Lens光学系统之间的距离恒定，以及得益于Axicon-Lens光学系统的轴向长度较小，因此可通过在系统工作过程中改变所组成的Axicon-Lens光学系统的轴向位置实现光场的动态聚焦功能。

如图1所示，在本发明实施例中，激光发射装置1与第一光束调制模块之间设有光束前处理模块，光束前处理模块包括依次设置的准直模块和第一缩束模块，准直模块和第一缩束模块分别用于对光束进行准直处理和缩束处理。具体地，在本发明实施例中，准直模块包括准直透镜2，第一缩束模块包括第一缩束透镜3和第二缩束透镜4，其中第一缩束透镜3为凸透镜，第二缩束透镜4为凹透镜，准直透镜2、第一缩束透镜3和第二缩束透镜4依次同轴设置，能够将激光器出射的激光光束进行前处理，使其直径满足后续的光场调制需求。在一些实施例中，第一缩束模块中的缩束透镜不限于两片，也可以是单片或者大于两片，能够满足缩束需求即可。

如图1所示，在本发明实施例中，远场超分辨光学系统还包括光学扫描装置11和运动台12，光学扫描装置11和运动台12组成精密运动模块，运动台12用于调节目标扫描平面与聚焦光斑之间的相对运动，光学扫描装置11设置于第二光束调制模块与运动台12之间。光学扫描装置11的作用为通过改变光束的传播方向来实现光束在目标平面上相对位置的改变，作为示例，光学扫描装置11包括但不限于激光振镜系统和激光转镜系统等。具体地，在本发明实施例中，运动台12采用精密运动台，能够调节设置于精密运动台上的目标扫描平面与聚焦光斑之间的相对运动。通过在光束调制模块与聚焦平面之间设置光学扫描装置11，能够实现聚焦光斑在目标扫描平面上的大幅面快速扫描。

如图1所示，在本发明实施例中，远场超分辨光学系统还包括光斑形貌质量分析模块，光斑形貌质量分析模块包括第一半透射半反射镜13、第二半透射半反射镜14、第一光束质量分析装置17和第二光束质量分析装置18，第一半透射半反射镜13设置于第一光束调制模块与第二光束调制模块之间，第二半透射半反射镜14设置于第二光束调制模块的出光侧；第一光束质量分析装置17用于检测第一半透射半反射镜13的反射光；第二光束质量分析装置18用于检测第二半透射半反射镜14的反射光。具体地，在本发明实施例中，第一半透射半反射镜13以45°倾斜角设于第二锥透镜8和第三锥透镜9之间，能够将经过第二锥透镜8出射的一半光反射至第一光束质量分析装置17，并将另一半光透射至第三锥透镜9的入射面；第二半透射半反射镜14以45°倾斜角设于聚焦透镜10的出射面，能够将经过聚焦透镜10出射的一半光反射至第二光束质量分析装置18，并将另一半光透射至光学扫描装置11。通过设置光斑形貌质量分析模块，能够分别对第一光束调制模块和第二光束调制模块所获得的光斑能量分布进行检测，并反馈调节各个光束调制模块以获得目标光场分布。

如图1所示，在本发明实施例中，光斑形貌质量分析模块还包括第二缩束模块，第二缩束模块设置于第一半透射半反射镜13与第一光束质量分析装置17之间。具体地，在本发明实施例中，第二缩束模块包括第三缩束透镜15和第四缩束透镜16，第三缩束透镜15为凸透镜，第四缩束透镜16为凹透镜，第三缩束透镜15和第四缩束透镜16依次同轴设置于第一半透射半反射镜13与第一光束质量分析装置17之间。能够对进入第一光束质量分析装置17的光束进行缩束处理，使其直径满足光束质量分析需求。在一些实施例中，第一半透射半反射镜13与第一光束质量分析装置17之间也可以设置单片或大于两片缩束透镜，能够满足缩束需求即可。

在本发明实施例中，激光发射装置1与第一光束调制模块之间用于对入射光束的偏振态进行调节的光束偏振态反馈调节模块。具体地，如图1所示，光束偏振态反馈调节模块包括依次同轴设置的第一半波片5和第二半波片6。通过在激光发射装置1与第一光束调制模块之间设置光束偏振态反馈调节模块，能够对入射光束的偏振态进行调节，使其满足于超分辨光斑在制造和成像过程中对光束的偏振态要求。

下面就本发明提供的远场超分辨光学系统的工作流程进行具体说明，请参照图1和图8。

激光器出射基模高斯光束，光斑能量分布为高斯型能量分布且具有较好的光斑质量，激光器出射的高斯光束入射光束前处理模块，光束前处理模块包括准直模块和第一缩束模块，经光束前处理模块对光束进行准直处理和缩束处理，使光束的直径满足后续光场调制需求。

经准直处理和缩束处理后的高斯光束入射光束偏振态反馈调制模块，对入射光束的偏振态进行调节，使其满足于超分辨光斑在制造和成像过程中对光束的偏振态要求。

偏振态调节后的准直高斯光束入射光场调制模块，如图8所示，光场调制模块包括第一光束调制模块、第二光束调制模块和光斑形貌质量分析模块，准直高斯光束入射第一光束调制模块后获得如图3所示横向场强分布的环形能量分布光束，该环形能量分布光束依旧体现入射高斯光束能量分布特性，并且该环形能量分布光束为准直光束，拥有远距离传输时光强分布保持不变的特性。第二光束调制模块为包括第三锥透镜9和聚焦透镜10的Axicon-Lens光学系统，并且该Axicon-Lens光学系统中第三锥透镜9与聚焦透镜10之间的轴向间距小于聚焦透镜10的焦距。准直环形能量分布光束入射第二光束调制模块后获得光矢量方向与主光轴方向夹角不均匀的锥形波前相位分布光束。同时利用光斑形貌质量分析模块对两个光束调制模块所获得的光斑能量分布进行检测，并反馈调节各个光束调制模块以获得目标光场分布。

由图2可知，光束调制模块的出射光束为远场聚焦光束，在光束调制模块与聚焦平面之间设置光学扫描装置11，能够实现聚焦光斑在目标扫描平面上的大幅面快速扫描。

通过设置精密运动台能够实现目标扫描平面与聚焦光斑之间的相对运动。示例说明：当设置波长为355纳米的光束入射该系统时，所获得的轴向聚焦位置处的光斑横向光强分布如图6所示，以及聚焦位置处之外的其他干涉聚焦区域的光斑横向光强分布如图7所示。

通过以上实施方式的描述可知，本发明提供的远场超分辨光学系统至少具备如下优点：

本发明提供的远场超分辨光学系统，采用Axicon-Lens（锥透镜-聚焦透镜）光学系统对具有高斯型能量特征的入射环形准直光束进行光矢量相位调制，通过让具有光矢量方向与主光轴夹角随径向位置的变化而变化的圆柱对称不均匀锥形波前相位分布的光束在自由空间中叠加干涉，在紫外、可见光以及红外光波段内获得纳米级的超衍射光斑，其光斑半峰全宽可突破小于的特征尺寸；并且利用对入射光矢量方向该变量相同的第一锥透镜7和第二锥透镜8获得具有高斯分布特征的环形能量分布光束，利用环形能量分布光斑区域内能量峰值位置的径向坐标较大的特点实现了厘米级的远场聚焦；同时由于光束聚焦区域为光束执行波前相位干涉形成，因此，在聚焦位置外的聚焦区域，聚焦光束为具有无衍射特性的贝塞尔光束。

本发明提供的远场超分辨光学系统，采用轴向尺寸较小的Axicon-Lens光学系统对光束进行聚焦，且该光学系统的入射光束为准直光束，因此可通过改变Axicon-Lens光学系统的轴向位置来改变光学系统中的光束聚焦位置，从而实现三维光学扫描成像或微纳制造。

本发明提供的远场超分辨光学系统为厘米级的远场光学系统，因此，可在光学系统中设置光学扫描模块以实现大幅面、高效率的扫描成像或制造技术。

本发明实施例还提供一种激光制造系统，包括如以上实施例中所述的远场超分辨光学系统，即可以将上述的远场超分辨光学系统应用于激光制造。

本发明实施例还提供一种成像分析系统，包括如以上实施例中所述的远场超分辨光学系统，即可以将上述的远场超分辨光学系统应用于显微成像。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种远场超分辨光学系统，其特征在于，包括：

激光发射装置，所述激光发射装置用于发射激光光束；

第一光束调制模块，所述第一光束调制模块用于将激光光束调制为环形能量分布光束；

第二光束调制模块，所述第二光束调制模块用于将所述环形能量分布光束调制为可实现环形聚焦的锥形波前相位分布光束，所述锥形波前相位分布光束为光矢量方向与主光轴夹角随径向位置的增大而增大的不均匀锥形波前相位分布光束，且所述锥形波前相位分布光束聚焦位置外的聚焦干涉位置区域为具有无衍射特性的贝塞尔光束；

所述激光发射装置、所述第一光束调制模块和所述第二光束调制模块依次同轴设置。

2.根据权利要求1所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第一光束调制模块用于将激光光束调制为具有高斯型分布特征的环形能量分布准直光束。

3.根据权利要求2所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第一光束调制模块包括第一锥透镜和第二锥透镜，所述第一锥透镜和所述第二锥透镜对入射光束的光矢量方向偏转角度相等，所述第一锥透镜和所述第二锥透镜之间的间距满足：

；

其中，为入射光束的半径，/>为所述第一锥透镜出射光束光矢量方向与主光轴方向之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第二光束调制模块包括第三锥透镜和聚焦透镜。

5.根据权利要求4所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第三锥透镜设置于所述聚焦透镜的入光侧，所述第三锥透镜与所述聚焦透镜之间的间距满足：

；

其中，为入射光束的半径，/>为所述第三锥透镜出射光束光矢量方向与主光轴方向之间的夹角。

6.根据权利要求1所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述激光发射装置与所述第一光束调制模块之间设有光束前处理模块，所述光束前处理模块包括依次设置的准直模块和第一缩束模块，所述准直模块和所述第一缩束模块分别用于对光束进行准直处理和缩束处理。

7.根据权利要求6所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述准直模块包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述激光发射装置和所述第一缩束模块之间。

8.根据权利要求6或7所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第一缩束模块包括至少一个缩束透镜；

在所述第一缩束模块包括多个所述缩束透镜的情况下，所有的所述缩束透镜依次同轴设置于所述准直模块与所述第一光束调制模块之间。

9.根据权利要求1所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，还包括光学扫描装置和运动台，所述运动台用于调节目标扫描平面与聚焦光斑之间的相对运动，所述光学扫描装置设置于所述第二光束调制模块与所述运动台之间。

10.根据权利要求9所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，还包括光斑形貌质量分析模块，所述光斑形貌质量分析模块包括第一光束质量分析装置和第二光束质量分析装置，所述第一光束质量分析装置用于分析第一光束调制模块出射光束的能量分布形式，所述第二光束质量分析装置用于分析第二光束调制模块出射光束的能量分布形式。

11.根据权利要求10所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述光斑形貌质量分析模块还包括第一半透射半反射镜和第二半透射半反射镜，所述第一半透射半反射镜设置于所述第一光束调制模块与所述第二光束调制模块之间，所述第二半透射半反射镜设置于所述第二光束调制模块的出光侧；

所述第一光束质量分析装置用于检测所述第一半透射半反射镜的反射光；

所述第二光束质量分析装置用于检测所述第二半透射半反射镜的反射光。

12.根据权利要求11所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述光斑形貌质量分析模块还包括第二缩束模块，所述第二缩束模块设置于所述第一半透射半反射镜与所述第一光束质量分析装置之间。

13.根据权利要求12所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述第二缩束模块包括至少一个缩束透镜；

所述第二缩束模块在包括多个所述缩束透镜的情况下，所有的所述缩束透镜依次同轴设置于所述第一半透射半反射镜与所述第一光束质量分析装置之间。

14.根据权利要求1所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述激光发射装置与所述第一光束调制模块之间用于对入射光束的偏振态进行调节的光束偏振态反馈调节模块。

15.根据权利要求14所述的远场超分辨光学系统，其特征在于，所述光束偏振态反馈调节模块包括依次同轴设置的第一半波片和第二半波片。

16.一种激光制造系统，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的远场超分辨光学系统。

17.一种成像分析系统，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的远场超分辨光学系统。