RU162920U1 - HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION - Google Patents

HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION Download PDF

Info

Publication number
RU162920U1
RU162920U1 RU2015129891/28U RU2015129891U RU162920U1 RU 162920 U1 RU162920 U1 RU 162920U1 RU 2015129891/28 U RU2015129891/28 U RU 2015129891/28U RU 2015129891 U RU2015129891 U RU 2015129891U RU 162920 U1 RU162920 U1 RU 162920U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spherical mirror
optical
diffraction structure
plate
mirror
Prior art date
Application number
RU2015129891/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Григорьевич Полещук
Андрей Георгиевич Седухин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority to RU2015129891/28U priority Critical patent/RU162920U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU162920U1 publication Critical patent/RU162920U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/58Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Abstract

1. Высокоапертурный объектив для фокусировки оптического излучения, включающий в себя сферическое зеркало с центральным отверстием, отличающийся тем, что перед сферическим зеркалом по ходу лучей дополнительно введена оптическая пластина, на одной стороне которой выполнена дифракционная структура, обеспечивающая фокусировку оптического излучения в пределах узкой радиальной области сферического зеркала, причем центры дифракционной структуры и сферического зеркала лежат на одной оси, а центр кривизны сферического зеркала расположен между дифракционной структурой и сферическим зеркалом.2. Высокоапертурный объектив по п. 1, отличающийся тем, что сферическое зеркало выполнено в виде сквозного отверстия с вогнуто-сферической внутренней поверхностью в пластине из оптического материала, одна сторона которой матовая, а вторая сторона, направленная к дифракционной структуре, полированная.1. High aperture lens for focusing optical radiation, including a spherical mirror with a central hole, characterized in that an optical plate is additionally introduced in front of the spherical mirror along the rays, on one side of which a diffraction structure is made, which ensures focusing of the optical radiation within a narrow radial region a spherical mirror, the centers of the diffraction structure and the spherical mirror lying on the same axis, and the center of curvature of the spherical mirror is located m between the diffraction structure and the spherical mirror. 2. The high aperture lens according to claim 1, characterized in that the spherical mirror is made in the form of a through hole with a concave-spherical inner surface in a plate of optical material, one side of which is matte, and the other side directed toward the diffraction structure is polished.

Description

Настоящее техническое решение относится к области оптического приборостроения и может найти применение как высокоапертурный объектив для фокусировки оптического (лазерного) излучения в устройствах оптической записи информации, лазерных технологических установках, лазерных литографах, конфокальных микроскопах, оптических контрольно-измерительных системах и т.п.This technical solution relates to the field of optical instrumentation and can be used as a high-aperture lens for focusing optical (laser) radiation in optical information recording devices, laser technological installations, laser lithographs, confocal microscopes, optical measurement and control systems, etc.

Известно техническое решение - зеркальный высокоапертурный объектив, - содержащий зеркальную асферическую поверхность и линзовую систему (Патент США №7643226. Maximal-aperture reflecting objective, Опубл. 5.01.2010).A known technical solution is a high-aperture mirror lens, comprising a mirror aspherical surface and a lens system (US Patent No. 7643226. Maximal-aperture reflecting objective, Publ. 5.01.2010).

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и юстировки, обусловленная применением асферической зеркальной поверхности и линзовой системы, а также большие потери света.A disadvantage of the known technical solution is the complexity of the design and alignment due to the use of an aspherical mirror surface and a lens system, as well as large light losses.

Известно также техническое решение - высокоапертурный объектив с увеличенным рабочим отрезком, - состоящий из установленных вдоль оптической оси вогнутого зеркала с центральным отверстием и выпуклого зеркала (см. информационный материал фирмы Corning: «Tropel µСАТ UV Micro-Objectives», https://www.corning.com/media/worldwide/csm/documents/Tropel%20MicroCAT%20UV%20Micro-obiectives_011613%20B.pdf.pdf).A technical solution is also known - a high-aperture lens with an increased working length - consisting of a concave mirror with a central hole mounted along the optical axis and a convex mirror (see Corning information material: “Tropel µСАТ UV Micro-Objectives”, https: // www. corning.com/media/worldwide/csm/documents/Tropel%20MicroCAT%20UV%20Micro-obiectives_011613%20B.pdf.pdf).

Недостатком данного технического решения является большие потери света из-за наличия центрального отверстия, сложность конструкции и юстировки, ограниченная числовая апертура, обусловленная наличием выпуклого зеркала между плоскостью фокусировки и выходным вогнутым зеркалом.The disadvantage of this technical solution is the large loss of light due to the presence of a central hole, the complexity of the design and alignment, the limited numerical aperture due to the presence of a convex mirror between the focus plane and the output concave mirror.

Наиболее близким к предложенному техническому решению и выбранному в качестве прототипа, является зеркальный высокоапертурный объектив, содержащий сферическое зеркало с центральным отверстием, а также ряд оптически связанных вогнутых и выпуклых сферических зеркал (Патент РФ №2296353. «Зеркальный объектив», опубл. 27.03.2007).Closest to the proposed technical solution and selected as a prototype is a high-aperture mirror lens containing a spherical mirror with a central hole, as well as a number of optically coupled concave and convex spherical mirrors (RF Patent No. 2296353. “Mirror lens”, published March 27, 2007 )

Известный зеркальный объектив имеет ряд недостатков: большие потери световой энергии из-за наличия центрального экранирования, сложность конструкции, обусловленная наличием нескольких оптически связанных зеркал, сложность юстировки, обусловленная необходимостью центровки всех зеркал относительно оптической оси и относительно друг друга с высокой точностью, а также ограниченная числовая апертура, обусловленная наличием выпуклого зеркала между плоскостью фокусировки и выходным вогнутым зеркалом.The known mirror lens has several disadvantages: large losses of light energy due to the presence of central shielding, design complexity due to the presence of several optically coupled mirrors, alignment complexity due to the need to center all the mirrors relative to the optical axis and relative to each other with high accuracy, and also limited numerical aperture due to the presence of a convex mirror between the focus plane and the output concave mirror.

Авторами была поставлена задача по разработке высокоапертурного объектива, предназначенного для фокусировки оптического излучения и свободного от указанных недостатков.The authors set the task of developing a high-aperture lens designed to focus optical radiation and free from these drawbacks.

Решение указанной задачи состоит в том, что в высокоапертурном объективе для фокусировки оптического излучения, включающем в себя сферическое зеркало с центральным отверстием, перед сферическим зеркалом, по ходу лучей, дополнительно введена оптическая пластина, на одной стороне которой выполнена дифракционная структура обеспечивающая фокусировку оптического излучения в пределах узкой радиальной области сферического зеркала, причем центры дифракционной структуры и сферического зеркала лежат на одной оси, а центр кривизны сферического зеркала расположен между дифракционной структурой и сферическим зеркалом. Кроме того, сферическое зеркало выполнено в виде сквозного отверстия с вогнуто-сферической внутренней поверхностью в пластине из оптического материала, одна сторона которой матовая, а вторая сторона, направленная к дифракционной структуре, - полированная.The solution of this problem consists in the fact that in a high-aperture lens for focusing optical radiation, which includes a spherical mirror with a central hole, an optical plate is additionally introduced in front of the spherical mirror along the rays, on one side of which a diffraction structure is made providing focusing of optical radiation in within a narrow radial region of a spherical mirror, and the centers of the diffraction structure and the spherical mirror lie on the same axis, and the center of curvature is spherical The first mirror is located between the diffraction structure and the spherical mirror. In addition, the spherical mirror is made in the form of a through hole with a concave-spherical inner surface in a plate of optical material, one side of which is matte, and the second side directed toward the diffraction structure is polished.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в расширения арсенала средств данного назначения. Кроме того, достигается упрощение конструкции и юстировки, увеличение числовой апертуры и увеличение коэффициента использования световой энергии (при отсутствии входного центрального экранирования и наличии выходного центрального экранирования).The technical result of the claimed utility model is to expand the arsenal of funds for this purpose. In addition, simplification of the design and alignment, an increase in the numerical aperture and an increase in the coefficient of utilization of light energy (in the absence of an input central shielding and the presence of an output central shielding) are achieved.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено меридиональное сечение оптической схемы высокоапертурного объектива с трассировкой хода световых лучей, где 1 - оптическая пластина, 2 - дифракционная структура, 3 - промежуточное фокальное кольцо, 4 - сферическое зеркало, 5 - пластина из оптического материала, 6 - матовая сторона пластины из оптического материала, 7 - полированная сторона пластины из оптического материала, 8 - плоскость фокусировки, 9 - оптическое излучение интерферометра, 10 - оптическое излучение, отраженное от оптической пластины 1, 11 - оптическое излучение, отраженное от пластины из оптического материала 5.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the meridional section of the optical scheme of a high-aperture lens with light ray tracing, where 1 is an optical plate, 2 is a diffraction structure, 3 is an intermediate focal ring, 4 is a spherical mirror, 5 is a plate of optical material, 6 is the matte side of the plate of optical material, 7 — polished side of a plate of optical material, 8 — focusing plane, 9 — optical radiation of an interferometer, 10 — optical radiation reflected from an optical plate 1, 11 — optical radiation, reflection other than a plate of optical material 5.

На фиг. 2 приведен пример интерферограммы при юстировке высокооапертурного объектива посредством интерферометра.In FIG. Figure 2 shows an example of an interferogram when aligning a high-aperture lens using an interferometer.

Предлагаемый высокоапертурный объектив работает следующим образом (Фиг. 1). Оптическое излучение от источника света (например, лазера) поступает к оптической пластине 1, на одной из сторон которой расположена дифракционная структура 2, выполненная, например, в виде тонкослойного поверхностного рельефа. Дифракционная структура изготавливается, например, методом фотолитографии и ионным травлением оптической пластины 1 (см., например: «Дифракционная компьютерная оптика». Под редакцией В.А. Сойфера, «ФИЗМАТЛИТ», 2007 г. ).The proposed high aperture lens operates as follows (Fig. 1). Optical radiation from a light source (for example, a laser) enters the optical plate 1, on one side of which is located a diffraction structure 2, made, for example, in the form of a thin-layer surface relief. The diffraction structure is made, for example, by photolithography and ion etching of the optical plate 1 (see, for example: “Diffraction computer optics.” Edited by V. A. Soifer, “FIZMATLIT”, 2007).

Для обеспечения высокой дифракционной эффективности рельеф выполнен с пилообразной формой и глубинойTo ensure high diffraction efficiency, the relief is made with a sawtooth shape and depth

Figure 00000002
Figure 00000002

где m=1, 2, 3 … - рабочий порядок дифракции, λ0 - рабочая длина волны и n - коэффициент преломления оптической пластины. Например, при m=1, λ0=266 нм и n=1.46, глубина рельефа составит h=580 нм.where m = 1, 2, 3 ... is the working diffraction order, λ 0 is the working wavelength and n is the refractive index of the optical plate. For example, with m = 1, λ 0 = 266 nm and n = 1.46, the relief depth will be h = 580 nm.

Если оптическое излучение от источника света имеет плоский волновой фронт, то оптическая пластина может быть выполнена, известными методами, как плоскопараллельной, так и клиновой, с углом от 0.25 до 2 градусов. Если оптическое излучение от источника света имеет сферический волновой фронт, то оптическая пластина должна быть выполнена плоскопараллельной.If the optical radiation from the light source has a flat wave front, then the optical plate can be made, by known methods, both plane-parallel and wedge, with an angle of 0.25 to 2 degrees. If the optical radiation from the light source has a spherical wavefront, then the optical plate must be made plane-parallel.

Оптическое излучение от источника света отклоняется дифракционной структурой 2 от оптической оси Z, формируя на расстоянии D промежуточное фокальное кольцо 3 (показано - штриховой линией), и далее поступает на сферическое зеркало 4 с радиусом кривизны R и центром О, лежащим на оптической оси Z. При указанном ходе светового излучения, обеспечивается высокоэффективное перераспределение энергии входного излучения и концентрация излучения в пределах узкой радиальной области сферического зеркала 4, центр кривизны которого расположен между дифракционной структурой 2 и самим сферическим зеркалом 4.The optical radiation from the light source is deflected by the diffraction structure 2 from the optical axis Z, forming an intermediate focal ring 3 at a distance D (shown by a dashed line), and then it arrives at a spherical mirror 4 with a radius of curvature R and a center O lying on the optical axis Z. With the indicated course of light radiation, a highly efficient redistribution of the energy of the input radiation and radiation concentration is ensured within the narrow radial region of the spherical mirror 4, the center of curvature of which is located between the diffraction action structure 2 and the spherical mirror 4 itself.

Сферическое зеркало 4 имеет сквозное отверстие и выполнено на вогнуто-сферической внутренней поверхности пластины 5 из оптического материала, одна сторона 6 которой - матовая, а вторая сторона 7, направленная к дифракционной структуре 2, - полированная.The spherical mirror 4 has a through hole and is made on the concave-spherical inner surface of the plate 5 of optical material, one side 6 of which is matte, and the second side 7, directed to the diffraction structure 2, is polished.

Пластина 5 из оптического материала может быть выполнена из плавленого кварца, ситалла или другого материала с малой величиной температурного коэффициента линейного расширения. Поверхность сферического зеркала 4 покрыта высоко отражающим покрытием, например, металлическим, диэлектрическим или их комбинацией.The plate 5 of optical material can be made of fused silica, glass or other material with a small value of the temperature coefficient of linear expansion. The surface of the spherical mirror 4 is coated with a highly reflective coating, for example, metal, dielectric, or a combination thereof.

Поступившее на сферическое зеркало оптическое излучение испытывает отражение и фокусируется в точке O1, лежащей в плоскости фокусировки 8 на оптической оси Z.The optical radiation arriving at the spherical mirror is reflected and focused at the point O1 lying in the focusing plane 8 on the optical axis Z.

Дифракционная структура 2 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить либо стигматическую фокусировку сферическим зеркалом 4 в точке O1 (в рамках геометрической оптики, все лучи пересекаются в точке-каустики одного фокуса O1) либо астигматическую фокусировку с формированием, например, каустики лучей в виде аксиального отрезка (в рамках геометрической оптики, лучи пересекаются в различных фокусных точках, в небольшой окрестности центральной точки O1). Во втором случае, возможна реализация так называемой аксиконной фокусировки, с формированием пространственно-ограниченных бесселе-подобных световых пучков и с реализацией краевой коррекции хода световых лучей, уменьшающей осцилляции осевой интенсивности света в области фокусировки (см., A.G. Sedukhin, Beam-preshaping axicon focusing, J. Opt. Soc. Am. A, 1998, vol. 15, No. 12, pp. 3057-3066; A.G. Sedukhin, Marginal phase correction of truncated Bessel beams, J. Opt. Soc. Am. A, 2000, vol. 17, No. 6, pp. 1059-1066).Diffraction structure 2 is calculated in such a way as to ensure either stigmatic focusing by a spherical mirror 4 at point O1 (within the framework of geometric optics, all rays intersect at the caustic point of one focus O1) or astigmatic focusing with the formation, for example, of caustics of rays in the form of an axial segment ( in the framework of geometric optics, the rays intersect at different focal points, in a small neighborhood of the central point O1). In the second case, the implementation of the so-called axicon focusing is possible, with the formation of spatially limited Bessel-like light beams and with the implementation of edge correction of the path of light rays, which reduces the oscillations of the axial light intensity in the focus area (see, AG Sedukhin, Beam-preshaping axicon focusing , J. Opt. Soc. Am. A, 1998, vol. 15, No. 12, pp. 3057-3066; AG Sedukhin, Marginal phase correction of truncated Bessel beams, J. Opt. Soc. Am. A, 2000, vol. 17, No. 6, pp. 1059-1066).

Диаметр центрального фокального пятна при фокусировке обычным объективом с полной апертурой (диаметр 2r1) определяется первым нулем функции Бесселя первого порядка (см. Хонина С.Н., Устинов А.В. Уменьшение размера фокального пятна при радиальной поляризации с помощью бинарного кольцевого элемента // Компьютерная оптика, 2012, 36, №2, стр. 219-226, http://www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KQ36-2/11.pdf):The diameter of the central focal spot when focusing with an ordinary lens with a full aperture (diameter 2r 1 ) is determined by the first zero of the first-order Bessel function (see Honina S.N., Ustinov A.V. Reducing the size of the focal spot with radial polarization using a binary ring element / / Computer Optics, 2012, 36, No. 2, pp. 219-226, http://www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KQ36-2/11.pdf):

Figure 00000003
Figure 00000003

где NA - числовая апертура, определяемая формулойwhere NA is the numerical aperture defined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где nc - коэффициент преломления среды в которой производится фокусировка, а α - половинный апертурный угол сведения светового пучка (см. Фиг. 1).where n c is the refractive index of the medium in which focusing is performed, and α is the half aperture angle of the light beam (see Fig. 1).

В предлагаемом техническом решении используется кольцевая апертурная функция. Поступающее на вход высокоапертурного объектива оптическое излучение с помощью дифракционной структуры 2 без существенных потерь энергии концентрируется в пределах узкой радиальной области (r2-r1), сферического зеркала 4 и затем, после отражения, фокусируется в фокальное пятно в плоскости 8. Диаметр центрального фокального пятна будет определяться первым нулем функции Бесселя нулевого порядка:The proposed technical solution uses a ring aperture function. The optical radiation arriving at the input of a high-aperture lens with the help of diffraction structure 2 is concentrated without a significant energy loss within a narrow radial region (r 2 -r 1 ), a spherical mirror 4, and then, after reflection, focuses into a focal spot in plane 8. The diameter of the central focal spots will be determined by the first zero of the zero order Bessel function:

Figure 00000005
Figure 00000005

Как видно из сравнения выражений (2) и (4), кольцевая апертурная функция позволяет уменьшить размер фокального пятна в 1,6 раза.As can be seen from a comparison of expressions (2) and (4), the annular aperture function allows us to reduce the size of the focal spot by 1.6 times.

Числовая апертура предлагаемого высокоапертурного объектива (Фиг. 1) находится из геометрии схемы хода лучей по формуле:The numerical aperture of the proposed high-aperture lens (Fig. 1) is found from the geometry of the beam path according to the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где r1 - радиус выходной апертуры сферического зеркала, a WD - свободный рабочий отрезок.where r1 is the radius of the output aperture of the spherical mirror, and WD is the free working segment.

Пример 1.Example 1

При фокусировке оптического излучения с длиной волны λ0=266 нм в воздухе (nc=1) сферическим зеркалом с R=14 мм, r1=9 мм, WD=2 мм, числовая апертура высокоапертурного объектива будет равна NA=0.97, а размер центрального фокального пятна (по уровню интенсивности ноль) из формулы (4) будет DKA ~ 0.2 мкм. При использовании термохимического метода лазерной записи микро и наноструктур, процесс записи является нелинейным и запись осуществляется на уровне 0.8-0.9 от максимума интенсивности в центре центрального фокального пятна (см., В.П. Вейко, В.П. Корольков, А.Г. Полещук и др., Исследование пространственного разрешения лазерной термохимической технологии записи // Квантовая Электроника, 2011, 41, №7, с. 631-636). При этом ширина W записываемого трека будет в 2-3 раза меньше размера DKA центрального фокального пятна:When focusing optical radiation with a wavelength of λ 0 = 266 nm in air (n c = 1) with a spherical mirror with R = 14 mm, r1 = 9 mm, WD = 2 mm, the numerical aperture of the high-aperture lens will be NA = 0.97, and the size of the central focal spot (zero in intensity level) from formula (4) will be D KA ~ 0.2 μm. When using the thermochemical method of laser recording of micro and nanostructures, the recording process is nonlinear and recording is carried out at a level of 0.8-0.9 from the maximum intensity at the center of the central focal spot (see, V.P. Veiko, V.P. Korolkov, A.G. Poleschuk et al., Study of spatial resolution of laser thermochemical recording technology // Quantum Electronics, 2011, 41, No. 7, pp. 631-636). In this case, the width W of the recorded track will be 2–3 times smaller than the size D KA of the central focal spot:

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, использование предлагаемого высокоапертурного объектива при термохимическом методе записи обеспечивает запись микроструктур с нанометровым разрешением.Thus, the use of the proposed high-aperture lens with the thermochemical method of recording provides the recording of microstructures with nanometer resolution.

Для обеспечения острой фокусировки оптического излучения в центральное фокальное пятно субмикронного размера необходимо обеспечить точную юстировку поверхности оптической пластины 1, содержащей дифракционную структуру 2 относительно входного оптического излучения и сферического зеркала 4. Для этого, поверхность 7 пластины 5 из оптического материала выполнена полированной. При юстировке, например, с помощью интерферометра, его оптическое излучение 9 частично отражается от поверхности оптической пластины 1, которая свободна от дифракционной структуры 2. Это оптическое излучение 10 поступает назад в интерферометр. Прошедшая оптическую пластину 1 часть оптического излучения отражается от поверхности 7 пластины 5 из оптического материала, в которой выполнено сферическое зеркало 4. Это оптическое излучение 11 также поступает назад, в интерферометр, и интерферирует с оптическим излучением 10. Пример такой интерференционной картины приведен на Фиг. 2. Угол наклона β оптической пластины 1 относительно пластины 5 из оптического материала (погрешность юстировки) вычисляется по формуле:To ensure sharp focusing of optical radiation into the central focal spot of a submicron size, it is necessary to accurately align the surface of the optical plate 1 containing the diffraction structure 2 relative to the input optical radiation and the spherical mirror 4. For this, the surface 7 of the plate 5 of the optical material is polished. When adjusting, for example, using an interferometer, its optical radiation 9 is partially reflected from the surface of the optical plate 1, which is free from the diffraction structure 2. This optical radiation 10 is fed back to the interferometer. The part of the optical radiation that has passed through the optical plate 1 is reflected from the surface 7 of the plate 5 of optical material in which a spherical mirror 4 is made. This optical radiation 11 also enters back into the interferometer and interferes with the optical radiation 10. An example of such an interference pattern is shown in FIG. 2. The inclination angle β of the optical plate 1 relative to the plate 5 of the optical material (alignment error) is calculated by the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где λи - длина волны оптического излучения интерферометра, Т - наблюдаемый период интерференционных полос.where λ and is the wavelength of the optical radiation of the interferometer, T is the observed period of interference fringes.

Пример 2.Example 2

В примере, приведенном на Фиг. 2, период интерференционных полос Т ~ 1 мм. Из этого следует, что при λи=633 нм, угол наклона составляет β~4 угл. мин. Для корректной работы предлагаемого высокоапертурного объектива необходимо обеспечить угол наклона β<5 угл. сек. Это достаточно просто обеспечивается при настройке на «бесконечную» полосу.In the example of FIG. 2, the period of interference fringes T ~ 1 mm. From this it follows that at λ and = 633 nm, the angle of inclination is β ~ 4 angles. min For the proposed high-aperture lens to work correctly, it is necessary to provide an inclination angle β <5 angles. sec This is quite simply provided when tuning to the “endless” band.

На оптической пластине 1, вне дифракционной структуры 2, при необходимости, могут быть нанесены вспомогательные дифракционные структуры, например, дифракционные линзы с фокусным расстоянием, равным расстоянию D1 между оптической пластиной 1 и пластиной 5 из оптического материала. В этом случае при юстировке, например, с помощью интерферометра, интерферограммы с малым числом полос будут регистрироваться только при точной установке расстояния D1 между оптической пластиной 1 и пластиной 5 из оптического материала.On the optical plate 1, outside the diffraction structure 2, if necessary, auxiliary diffraction structures can be applied, for example, diffraction lenses with a focal length equal to the distance D1 between the optical plate 1 and the plate 5 of optical material. In this case, when adjusting, for example, using an interferometer, interferograms with a small number of bands will be recorded only when the distance D1 between the optical plate 1 and the plate 5 of optical material is precisely set.

Преимуществами предложенного технического решения являются:The advantages of the proposed technical solutions are:

- выполнение высокоапертурного объектива с зеркалом, имеющую сферическую форму поверхности, делает его высокотехнологичным и дает возможность изготовления высококачественной сферической поверхности, способной работать в УФ- и ГУФ-областях спектра;- the implementation of a high-aperture lens with a mirror having a spherical surface shape makes it high-tech and makes it possible to produce a high-quality spherical surface capable of working in the UV and GUF regions of the spectrum;

- использование эффекта отражения от сферического зеркала позволяет снизить требования на качество полировки поверхности и неоднородности материала зеркальной пластины и обеспечить работу высокоапертурного объектива в УФ- и ГУФ-областях спектра;- the use of the reflection effect from a spherical mirror allows to reduce the requirements for the quality of surface polishing and the inhomogeneity of the material of the mirror plate and to ensure the operation of the high-aperture lens in the UV and GUF regions of the spectrum;

- перераспределение энергии входного светового потока, с помощью дифракционной структуры, в узкую кольцевую область, расположенную перед сферическим зеркалом, обеспечивает эффект центрального экранирования выходного потока, фокусируемого зеркалом, а также отсутствие потерь световой энергии;- redistribution of energy of the input light flux, using a diffraction structure, into a narrow annular region located in front of the spherical mirror, provides the effect of central screening of the output flux focused by the mirror, as well as the absence of light energy losses;

- высокая числовая апертура (близкая к предельной) обеспечивается простой двухкомпонентной оптической схемой высокоапертурного объектива при достаточно большой величине переднего рабочего отрезка, что упрощает конструкцию объектива и облегчает получение малых аберраций при фокусировке излучения;- a high numerical aperture (close to the limiting one) is provided by a simple two-component optical design of a high aperture lens with a sufficiently large front working segment, which simplifies the design of the lens and makes it easier to obtain small aberrations when focusing radiation;

- кольцевая апертурная функция высокоапертурного объектива позволяет уменьшить размер центрального фокального пятна приближенно в 1.6 раза и обеспечить запись наноструктур, например, термохимическим методом;- the annular aperture function of the high-aperture lens makes it possible to reduce the size of the central focal spot by approximately 1.6 times and to ensure the recording of nanostructures, for example, by the thermochemical method;

- простая юстировка с помощью интерферометра позволяет с высокой точностью выставить взаимное положение компонентов высокоапертурного объектива между собой;- simple adjustment with an interferometer allows you to set the relative position of the components of the high-aperture lens with each other with high accuracy;

- простая замена оптической пластины с дифракционной структурой позволяет без изменения конструкции (с тем же самым сферическим зеркалом) использовать высокоапертурный объектив в областях спектра от ГУФ до ИК.- a simple replacement of an optical plate with a diffractive structure allows using a high-aperture lens in the spectral regions from GUF to IR without changing the design (with the same spherical mirror).

Claims (2)

1. Высокоапертурный объектив для фокусировки оптического излучения, включающий в себя сферическое зеркало с центральным отверстием, отличающийся тем, что перед сферическим зеркалом по ходу лучей дополнительно введена оптическая пластина, на одной стороне которой выполнена дифракционная структура, обеспечивающая фокусировку оптического излучения в пределах узкой радиальной области сферического зеркала, причем центры дифракционной структуры и сферического зеркала лежат на одной оси, а центр кривизны сферического зеркала расположен между дифракционной структурой и сферическим зеркалом.1. High aperture lens for focusing optical radiation, including a spherical mirror with a central hole, characterized in that an optical plate is additionally introduced in front of the spherical mirror along the rays, on one side of which a diffraction structure is made, which ensures focusing of the optical radiation within a narrow radial region a spherical mirror, the centers of the diffraction structure and the spherical mirror lying on the same axis, and the center of curvature of the spherical mirror is located m Between the diffraction structure and the spherical mirror. 2. Высокоапертурный объектив по п. 1, отличающийся тем, что сферическое зеркало выполнено в виде сквозного отверстия с вогнуто-сферической внутренней поверхностью в пластине из оптического материала, одна сторона которой матовая, а вторая сторона, направленная к дифракционной структуре, полированная.
Figure 00000001
2. The high-aperture lens according to claim 1, characterized in that the spherical mirror is made in the form of a through hole with a concave-spherical inner surface in a plate of optical material, one side of which is matte, and the other side directed toward the diffraction structure is polished.
Figure 00000001
RU2015129891/28U 2015-07-20 2015-07-20 HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION RU162920U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129891/28U RU162920U1 (en) 2015-07-20 2015-07-20 HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129891/28U RU162920U1 (en) 2015-07-20 2015-07-20 HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU162920U1 true RU162920U1 (en) 2016-06-27

Family

ID=56195732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015129891/28U RU162920U1 (en) 2015-07-20 2015-07-20 HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU162920U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6295168B1 (en) Refractive optical system that converts a laser beam to a collimated flat-top beam
US6654183B2 (en) System for converting optical beams to collimated flat-top beams
JP6440804B2 (en) Irradiation subsystem
KR102047612B1 (en) Optical system for laser optical rectification and wave front control
WO2003042728A2 (en) Achromatic fresnel optics for ultraviolet and x-ray radiation
JP2004531760A (en) Multifunctional element for symmetry and uniformity of light beam
JP5848877B2 (en) Laser beam shaping and wavefront control optics
US11320641B2 (en) Immersion meta-lens at visible wavelengths for diffraction-limited imaging
JP2007500432A (en) Microlithography illumination system
JP6966285B2 (en) Chromatic confocal length sensor
JP3069131B2 (en) Capacitor monochromator for X-ray beam
JP6347791B2 (en) Spot array generation on an inclined surface
RU162920U1 (en) HIGH-APERTURE LENS FOR FOCUSING OPTICAL RADIATION
US10732422B2 (en) Electromagnetic radiation enhancement methods and systems
CN113281832A (en) Light sheet generator, optical fiber and imaging system
US20090323176A1 (en) Single wavelength ultraviolet laser device
Pae et al. Grating-Coupled plasmonic sensor for sucrose sensing fabricated using optical fiber-based interference lithography (OFIL) system
JP6766872B2 (en) Wideband Reflective Refraction Microscope Objective Lens with Small Central Shield
Zhou et al. A method to fabricate convex holographic gratings as master gratings for making flat-field concave gratings
CN110186563A (en) Light splitting light guide module and integrated spectrometer and production method based on cylindrical grating
CN220872340U (en) Optical detection device
US20240061264A1 (en) Optical device for controlling a light beam
US9170414B2 (en) Method and apparatus for producing a super-magnified wide-field image
CN214042006U (en) Photoetching alignment system based on dual-wavelength photon sieve and dual light sources
RU2766851C1 (en) Holographic device for controlling shape of large-size concave aspherical optical surfaces