[发明专利]准双半高斯空心激光束形成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种准双半高斯空心激光束形成装置，在一定程度上实现了高斯实心激光束向双半高斯空心激光束的转换，属于激光技术领域。

背景技术

理想的空心激光束的特点是内壁光强分布陡直，空心区域完全无光，见图1所示，称之为双半高斯空心激光束。接近理想的空心激光束也就是实用的空心激光束可应用于激光加工、原子冷却、生物工程等领域。到目前为止，就空心激光束的形成已经提出多种方案，如横模选择法、几何光学法、光学全息法、计算全息法、模式转换法、旋转棱镜法等，这些方案能够实现图2所示的高斯实心激光束向图3所示的双高斯空心激光束的转换，可见，所获得的空心激光束内壁光强分布并非陡直，且空心区域并非完全无光。为了获得理想的空心激光束，申请号为200410016728.X的一件中国发明专利申请公开了一项属于几何光学法的名称为单角锥准直空心激光束产生装置的技术方案，见图4所示，该装置的结构为，在单角锥1和后置反射镜2组合的前方，设置一面中间有小孔3的前置反射镜4，小孔3位于光路光轴上，入射激光自该小孔3入射，经单角锥1和后置反射镜2，再反射回来进入单角锥1偏转后被前置反射镜4反射形成准直空心激光束5，不过，经实验测试其光强仍为双高斯分布。这一技术效果与Yong Qian(钱勇)和Yuzhu Wang(王育竹)在CHINESE OPTICS LETTERS/Vol.2，No.4/April 10，2004发表的题为Theoretical analysis of a collimated hollow-laser-beam generatedby a single axicon using diffractive integral的论文中分析的双高斯分布相符，其效果仅在于提高了空心激光束空心区域的无光程度。

发明内容

所述已知技术其不足在于，所形成的空心激光束光强仍为双高斯分布，尚未成为一种实用的空心激光束，因此，为了获得内壁光强分布陡直，同时空心区域的无光程度进一步降低的实用空心激光束，我们发明了本发明之准双半高斯空心激光束形成装置。

本发明是这样实现的，见图5、图6所示，准双半高斯空心激光束形成装置依次由凹球面反射镜6、正轴锥面反射镜7、正透镜8组成，三者光学同轴，正轴锥面反射镜7的锥面与凹球面反射镜6的凹球面相对，凹球面反射镜6的中心开有入射孔9；凹球面反射镜6与正轴锥面反射镜7参数匹配关系及位置关系应当符合下列公式要求：

x=-yAtg(θ+α/2)+xA]]>

式中：α=arcsin[(R/2-l)sinθR]]]>

凹球面反射镜6的凹球面球心O为坐标原点，光轴与横坐标重合，R为凹球面半径，θ为正轴锥面反射镜7锥面的锥角，l为正轴锥面反射镜7锥面的锥顶到凹球面反射镜6焦点O′的距离，A(x_A，y_A)为入射实心高斯激光束中任意一根由正轴锥面反射镜7反射的光线与凹球面反射镜6的交点，α为相交于点A(x_A，y_A)的正轴锥面反射镜7反射光线与过点A(x_A，y_A)凹球面半径R之间的夹角，凹球面反射镜6反射光线与光轴相交于点O″，x为点O″横坐标值；正透镜8的物方焦点与点O″重合，f为正透镜8的物方焦距。