[发明专利]基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置

说明书

技术领域

本发明属于激光光束整形领域，具体涉及一种基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置。

背景技术

均匀线照明在线扫描显微成像、微纳米材料加工和检测的领域有着广泛的应用前景。为了满足上述使用的要求，产生的均匀线照明需具有强的光强，好的光强均匀性和极细的尺寸。对传统自然光源进行光束整形获得的均匀线照明很难同时实现上述要求，而随着高亮度激光光源的出现，通过对激光束进行光学整形可以获得满足要求的均匀线照明。通常为获得平顶的均匀线激光束，光束整形系统需采用复杂的结构，而且非球面透镜的使用使其价格昂贵。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置，该装置可产生极细的均匀线激光束。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置，其特征在于：由线偏振激光光源、球透镜组、矩形光阑、二分之一波片、非连续波片和高数值孔径柱透镜组成；

线偏振激光光源产生的光束，经球透镜组扩束准直后，由矩形光阑选取光斑中心部分几乎均匀的矩形线偏振光通过；从矩形光阑射出的矩形线偏振光经二分之一波片，接着经过或不经过非连续波片后，由高数值孔径柱透镜聚焦在焦面处产生均匀线激光束。

本发明的基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置，结构简单，在使用或者不使用非连续波片的情况下，通过改变矩形线偏振光的偏振方向和高数值孔径柱透镜的数值孔径即可产生极细的均匀线激光束；细的均匀线激光束可用于线扫描显微成像、微纳米材料加工和检测。

附图说明

图1为本发明的基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置结构示意图；

图2（a）为不使用非连续波片时矩形线偏振光场分布；（b）为使用非连续波片后矩形TEM₀₁线偏振光场分布；

图3为非连续波片结构示意图；

图4（a）为矩形线偏振光（φ₀＝28.1°）经数值孔径NA=1的消球差柱透镜聚焦后在焦面处产生的中心平顶的均匀光强分布图；（b）为产生类似均匀光强分布，φ₀和NA满足的关系曲线图；

图5（a）为矩形TEM₀₁线偏振光（φ₀＝32°）经数值孔径NA=1的消球差柱透镜聚焦后在焦面处产生的中心平顶的均匀光强分布图；（b）为产生类似均匀光强分布，φ₀和NA满足的关系曲线图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例给出一种基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置，由线偏振激光光源1、球透镜组2、矩形光阑3、二分之一波片4和高数值孔径柱透镜6组成；

线偏振激光光源1产生的光束，经球透镜组2扩束准直后由矩形光阑3选取光斑中心部分几乎均匀的矩形线偏振光通过；从矩形光阑3射出的矩形线偏振光经过二分之一波片4后由高数值孔径柱透镜6聚焦，在焦面处产生均匀线激光束。

本实施例中，线偏振激光光源1是气体激光光源、半导体激光光源、全固态激光光源或光纤激光光源。

球透镜组2由小焦距球透镜和长焦距球透镜组成，其中小焦距球透镜放置在前面，长焦距球透镜放置在小焦距球透镜的后面，用于将线偏振激光光源1产生的光束进行扩束准直。

矩形光阑3用于选取光斑中心部分几乎均匀的矩形线偏振光通过。

二分之一波片4用于调节矩形线偏振光的偏振方向。

高数值孔径柱透镜6的母线与x轴平行。

矩形线偏振光场分布如图2（a）所示，偏振方向与y轴夹角为φ₀。

本实施例的基于高数值孔径柱透镜聚焦产生均匀线激光束的装置实现原理为：对于高数值孔径柱透镜聚焦的线偏振光，其焦面附近的光场分布需采用矢量衍射方法分析，