高亮度超衍射极限光束产生器.pdf

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摘要
申请专利号:

CN94102451.2

申请日:

1994.03.29

公开号:

CN1098509A

公开日:

1995.02.08

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

|||公开|||

IPC分类号:

G02F1/00; H01S3/10

主分类号:

G02F1/00; H01S3/10

申请人:

杭州大学;

发明人:

王绍民; 林强; 陆璇辉

地址:

310028浙江省杭州市天目山路34号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

一种高亮度超衍射极限光束产生器,其特征是由光源和镀介质膜的位相片构成。所述位相片有内镀膜区(1)和透明区(2)。所述介质膜的厚度满足d=(2n+1)λ/2,式中λ为照明光源的工作波长,n=0,1,2,…,d为厚度。该光束产生器在相干光源照明下能产生比基模高斯光束亮度更高而且发散角更小的超衍射极限光束。

权利要求书

1: 一种高亮度超衍射极限光束产生器,其特征是由光源和镀介质膜的位相片构成,所述位相片有内镀膜区(1)、透明区(2)。所述介质膜的厚度满足d=(2n+1)λ/2,式中λ为照明光源的工作波长,n=0,1,2,…,d为厚度。
2: 根据权利要求1所述的光束产生器,其特征是透明区(2)外设有外镀膜区(3)。
3: 根据权利要求1或2所述的光束产生器,其特征是所述镀膜区的形状为圆形或方形或一维长条形或二维长条形。
4: 根据权利要求1所述的光束产生器,其特征是所述的内镀膜区(1)的尺寸小于照明光束的尺寸。
5: 根据权利要求1所述的光束产生器,其特征是所述的透明区(2)的尺寸范围是0.1μm≤δ≤1cm。
6: 根据权利要求2所述的光束产生器,其特征是所述的外镀膜区(3)的尺寸范围是0<b≤10cm。
7: 根据权利要求1所述的光束产生器,其特征是所述的照明光源(4)是各种基膜或多模激光器或其它相干性好的光源。
8: 根据权利要求7所述的光束产生器,其特征是所述的照明光源(4)是各种激光器,光源输出面(5)与位相片(6)的之间距离L满足-20cm≤L≤20cm。
9: 根据权利要求7所述的光束产生器,其特征是所述的照明光源是非激光相干光源,光源输出面(5)与位相片(6)之间的距离L满足0<L≤20cm。

说明书


本发明涉及一种能产生高亮度超衍射极限光束的仪器。

    由于受到光的衍射的影响,任意光束都具有一定的发散角和有限的光斑尺寸。在一定的光束尺寸下,提高光束的亮度,减少发散角对实际应用来说意义重大。自六十年代第一台红宝石激光器诞生以来,人们普遍认为基模激光器所产生的高斯光束是理想的光束,对于相同的光束尺寸,它的发散角最小。并且认为理想的高斯光束是实际激光器所能达到的极限。近年来,有人提出贝塞尔(Bessel)光束具有无衍射特性,但其光束尺寸为无穷大,实际不能实现。而截断了的贝塞尔光束不具有无衍射特性,而且现有的实验装置所产生的贝塞尔光束亮度很低,不实用。迄今为止,无衍射光束并没有真正实现。其主要原因是人们一直沿用的基尔霍夫衍射积分公式不够完善,没有反映物理本质。

    本发明的目的是提供一种在不增加光束尺寸的条件下,能产生亮度比基模高斯光束高,同时发散角比基模高斯光束小地超衍射极限光束的仪器。

    本发明所提供的高亮度超衍射极限光束产生器,由光源和一块镀介质膜的位相片构成。所述位相片有内镀膜区和透明区,也可在透明区外设有外镀膜区。所述位相片的基底对光源工作波长λ而言是透明的。膜层的厚度d与光源工作波长λ的关系满足d=(2n+1)λ/2,其中n=0,1,2,3,…。内镀膜区和外镀膜区的形状可为圆形、方形、一维长条形或二维长条形,内镀膜区的尺寸小于照明光束的尺寸,外镀膜区的尺寸范围是0<b≤10cm。内、外镀膜区之间的透明区的尺寸δ的范围是0.1μm≤δ≤1cm。所述照明光源为激光器时,照明光源输出面与位相片之间的距离满足-20≤L≤20cm,L<0表示相位片放在激光谐振腔内部,L=0表示位相片放在腔镜上,L<0表示位相片放在激光器外部。所述照明光源为非激光光源时,它们之间的距离满足0<L≤20cm。

    本发明提供的光束产生器的机理是根据衍射原理进行相干叠加,使得光束中心部分得到加强,因而亮度要比入射光束高,强度分布更加集中,发散角更小。

    本发明提供的光束产生器结构简单、体积小、成本低。照明光源可以用普通基模激光器或其它相干性好的光源。适用于各个波段,如可见、红外、紫外等。

    附图说明:

    附图1是本发明的圆形高亮度超衍射极限光束产生器的位相片示意图。图中(1)是内镀膜区,(2)是透明区。

    附图2是本发明的圆形位相片示意图,图中(3)是外镀膜区。

    附图3是本发明的一维长条形光束产生器位相片示意图。

    附图4是本发明的二维长条形光束产生器位相片示意图。

    附图5是本发明的光束产生器位相片与照明光源的位置关系示意图。图中(4)是照明光源,(5)是光源输出面,(6)是光束产生器的位相片。

    实施例1:

    参见图1,本发明所提供的光束产生器的位相片为圆形,位相片内镀膜区1的直径a=0.5mm~10.0mm,透明区尺寸δ为0.1mm~10.0mm。照明光源用YAP固体激光器,工作波长是1.06μm,介质膜的厚度是d=0.53(2n+1)μm,n=0,1,2,…。参见图5,位相片6与固体激光器输出面5之间的距离为L=-5~20cm。

    实施例2:

    参见附图2,本发明所提供的光束产生器的位相片为圆形,位相片内镀膜区1的直径a=0.30mm~5.00mm,透明区2的尺寸δ的范围取0.1μm~10μm。外镀膜区3的尺寸b的范围取0.5mm≤b≤10mm。照明光源4用He-Ne基模激光器,工作波长是0.6328μm,介质膜的厚度d=0.3164(2n+1)μm,n=0,1,2,…。参见图5,位相片6与He-Ne激光器输出面5之间的距离为L=-20~5cm。

    实施例3:

    参见图3,本发明所提供的光束产生器的位相片为一维长条形,位相片内镀膜区1的宽度a=1.00~10.00mm,透明区2的尺寸δ的范围取1μm~100μm,外镀膜区3的尺寸b的范围取0≤b≤10mm。照明光源用YAG固体激光器,工作波长是1.06μm,介质膜的厚度是d=0.53(2n+1)μm,n=0,1,2,…。参见图5,位相片6与固体激光器输出面5之间的距离L=-5~20cm。

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一种高亮度超衍射极限光束产生器,其特征是由光源和镀介质膜的位相片构成。所述位相片有内镀膜区(1)和透明区(2)。所述介质膜的厚度满足d(2n+1)/2,式中为照明光源的工作波长,n0,1,2,d为厚度。该光束产生器在相干光源照明下能产生比基模高斯光束亮度更高而且发散角更小的超衍射极限光束。 。

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