CN2802535Y

CN2802535Y - 线性结构的无衍射光源

Info

Publication number: CN2802535Y
Application number: CN 200520096823
Authority: CN
Inventors: 周莉萍; 徐龙; 张文
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2015-06-20

Abstract

本实用新型提供了一种线性结构的无衍射光源，按顺序依次设置激光器、聚焦透镜、针孔滤波器、准直透镜和三角棱镜，它们的主轴在一条直线上，其中聚焦透镜和准直透镜共焦，且针孔滤波器的针孔位于此焦点处。本实用新型的优点是：它不仅具有传统无衍射点光束的特点，且光斑为线性结构，能同时满足测量范围大，分辨率高和测量速度快的要求；光斑线宽小，能够达到3.6μm，甚至更小；传播距离远，3.6μm线宽结构光的传播距离为230mm，比同线宽高斯波的传播距离0.04mm远得多；在最大无衍射范围内，线宽保持不变；线长方向上强度均匀分布，且不随传播距离的变化而改变。

Description

线性结构的无衍射光源

技术领域

本实用新型涉及一种无衍射光源，特别是涉及一种具有线性结构的无衍射光源。

背景技术

衍射是一种常见的光学现象，它对所有的传统光波场都有影响。例如：一束准直单色光束在自由空间传播的瑞利距离

Z_{R} = π r_{0}^{2} / λ

(其中λ是波长，r₀是光束初始半径)，瑞利距离后光束就明显的衍射扩散。

无衍射光是80年代末兴起的一种新型光源，它同时具有焦深长(可达几米)、中心光斑小(可达微米级)的特点，可用于准直、直线度、表面形貌测量等。但现有的无衍射光是点光源，对大面积测量及在线测量，其测量速度受到很大限制，在应用上也受到很大局限。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种线性结构的无衍射光源。它不仅具有传统无衍射点光束的特点，且光斑为线性结构，能同时满足测量范围大，分辨率高和测量速度快的要求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种线性结构的无衍射光源，按顺序依次设置激光器、聚焦透镜、针孔滤波器、准直透镜，其特征在于：在准直透镜后设置三角棱镜，激光器、聚焦透镜、针孔滤波器、准直透镜和三角棱镜的主轴在一条直线上，其中聚焦透镜和准直透镜共焦，且针孔滤波器的针孔位于此焦点处。

本实用新型相比现有技术具有以下的优点：

(1)它不仅具有传统无衍射点光束的特点，且光斑为线性结构，能同时满足测量范围大，分辨率高和测量速度快的要求。

(2)光斑线宽小，能够达到3.6μm，甚至更小；传播距离远，3.6μm线宽结构光的传播距离为230mm，比同线宽高斯波的传播距离0.04mm远得多。

(3)在最大无衍射范围内，线宽保持不变；线长方向上强度均匀分布，且不随传播距离的变化而改变。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图。

图2是图1中三角棱镜的结构示意图。

图3(a)和图3(b)是本实用新型实现线性无衍射结构光的原理图。

具体实施方式

由图1所示，本实用新型依次由激光器1、聚焦透镜2、针孔滤波器3、准直透镜4和三角棱镜5组成，它们的主轴在一条直线上，其中聚焦透镜2和准直透镜4共焦，且针孔滤波器3的针孔位于此焦点处。准直透镜4出射光束为平面波，再经三角棱镜5就得到线性无衍射结构光。

由图2所示，图中2a为三角棱镜5的宽度，2b为三角棱镜5的长度，θ为三角棱镜5的底角，三角棱镜5的几何参数应根据使用的要求选取。

由图3(a)和图3(b)所示，当从准直透镜4出来的平面波入射到三角棱镜5上时，出射光束就由无衍射点光束变为相应的线性结构光束，其无衍射范围如图3(a)中的ABCD及3(b)中的Z_max所示。

本实用新型得到的无衍射结构光线宽及最大无衍射范围和三角棱镜5的几何结构参数和材料有密切的关系。

线宽：

l = \frac{λ}{4 (n - 1) θ};

最大无衍射范围：

Z_{\max} = \frac{a}{(n - 1) θ}

其中，λ为入射光波长；n和θ分别为三角棱镜的折射率和底角；a为三角棱镜的宽度的一半。

举例：激光器光源1可为He-Ne激光器光源，发出的入射光波长：λ＝632.8nm。三角棱镜5可采用K9光学材料，其折射.率为n＝1.5。本实验制作了三块三角棱镜，其参数分别为：(1)2a×2b＝20mm×50mm，θ＝10°；(2)2a×2b＝20mm×50mm，θ＝5°；(3)2a×2b＝20mm×40mm，θ＝2°。得到无衍射结构光的线宽及最大无衍射范围分别为：(1)l＝1.8μm，Z_max＝115mm；(2)l＝3.6μm，Z_max＝230mm；(3)l＝9.1μm，Z_max＝575mm。

实现步骤如下：

(1)将氦氖激光器1打开，预热一段时间，待激光稳定后，调整激光器的高度、摆角及仰角，使激光束与光具座轴线平行，并处于光具座上透镜夹持器的高度调节范围内。

(2)将聚焦透镜2、针孔滤波器3、准直透镜4和三角棱镜5按顺序固定在光具座上，调整高度调节架，使它们的主轴基本在一条直线上。

(3)调整针孔滤波器3的位置，使激光束通过聚焦透镜2之后的焦点正好落在针孔处，由针孔出射的光为近似球面波。

(4)调整准直透镜4的位置，使其焦点与针孔重合，由针孔出射的球面波经准直透镜4后，出射质量较好的平面波束。

(5)调整三角棱镜5的位置，使其主轴与平面波束的传播方向重合，透射光成像在光屏上。由于结构光间距很小，为便于观察，可用成像透镜对三角棱镜5后的光斑进行放大。

Claims

1.一种线性结构的无衍射光源，按顺序依次设置激光器、聚焦透镜、针孔滤波器、准直透镜，其特征在于：在准直透镜(4)后设置三角棱镜(5)，激光器(1)、聚焦透镜(2)、针孔滤波器(3)、准直透镜(4)和三角棱镜(5)的主轴在一条直线上，其中聚焦透镜(2)和准直透镜(4)共焦，且针孔滤波器(3)的针孔位于此焦点处。