[实用新型]基于锥形元件的环形光束产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及应用光学领域，具体涉及一种基于锥形元件的环形光束产生装置。

背景技术

激光器作为光学系统的标准光源得到广泛应用。然而，由于激光具有很强的时间相干性和空间相干性，光学系统(尤其是干涉系统)中光学元件的缺陷例如灰尘、凹陷、伤痕、气泡等会作为散射中心，从而产生相干噪声，严重影响了光学系统的性能。

为解决激光光源产生相干噪声的问题，一些应用其它光源的技术方案被相继提出。美国专利US6643024B2中提出采用环形光束作为干涉仪光源，其产生环形光束的方法为计算全息法。计算全息法首先用计算机产生锥形波前，通过引入适当倾斜的参考平面波可得振幅型的计算全息图，通过计算机控制将编码好的计算全息图在绘图仪器上成图，然后制作掩模板，利用掩模板将全息干板曝光后处理得到全息光学元件。该方法同时产生两个离轴环形光束和一个点光源，必须通过滤波的方法选取一个合适的环形光束，能量利用率低，而且结构复杂，在实际应用中有一定的困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了基于锥形元件的环形光束产生装置，该装置只产生一个轴上环形光束，能量利用率高，结构简单。

本实用新型专利所采用的技术方案是：一种环形光束的产生装置，包括激光器、扩束系统，锥形元件和聚焦透镜组成。其中，锥形元件位于聚焦透镜的前焦平面处；锥形元件的第一端面为平面，第二端面为锥面，其中锥面为内凹形锥面或外凸形锥面。环形光束的束宽半径由锥形元件的锥角和折射率及聚焦透镜的焦距决定。

与现有技术相比，本实用新型提供的装置，仅产生一个中心在光轴上的环形光束，不需要滤波，能量利用率高，装置结构简单，实用方便。

附图说明

图1为本实用新型的环形光束产生装置的结构示意图；

图2为锥形元件(含外凸形锥面)的结构示意图；

图3为本实用新型产生的环形光束的示意图；

图4为锥形元件(含内凹形锥面)的结构示意图；

图中1为激光器，2-a为凸透镜，2-b为凸透镜，2-a和2-b组成扩束系统，3为锥形元件，4为聚焦透镜。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合附图对本发明的光学元件进行详细描述。

图1为本实用新型提供的环形光束产生装置的结构示意图。如图1所示，在光轴上依次设置有激光器1，两个凸透镜2-a和2-b组成的扩束系统，锥形元件3和聚焦透镜4。

在本实例中，激光光源1是He-Ne激光器，其波长为632.8nm；激光光斑的直径约为2mm。两个凸透镜2-a和2-b组成的扩束系统的放大倍数为5，激光器1发出的光束经扩束系统后得到束宽为10mm的准直光束。锥形元件3的结构示意图如图2所示，锥形元件3的第一端面为平面，第二端面为外凸形锥面。锥形元件3的折射率约为1.52，楔角θ为0.0087弧度，即0.5度，锥形元件3的有效孔径为10mm。准直光束经过锥形元件后的相位函数为φ(r)＝-2πθr(n-1)/λ，其对应光场为exp[iφ(r)]，其中r为空间位置坐标。聚焦透镜4的有效孔径为10mm，焦距f为50mm。因为锥形元件3位于聚焦透镜4的前焦平面处，则聚焦透镜4的后焦平面处将得到光场exp[iφ(r)]的夫琅禾费衍射，得到的衍射图(即环形光斑)如图3所示，环形光束的半径为θf(n-1)，即为0.27mm。

由图3可知，本装置只产生一个中心在光轴上的环形光束。因为只有一个环形光束，它不需要滤波，从而有效地增加了能量利用率；此外，因为本装置产生的环形光束的中心在光轴上，这有利于光学系统的安装与调整，并且能有效地降低离轴环形光束照明引入的系统像差。

图4为锥形元件(内凹形锥面)的结构示意图；即锥形元件的第一端面为平面，第二端面为内凹形锥面，用图4所示的含内凹形锥面的锥形元件代替图2所示的含外凸形锥面的锥形元件，在本实例中产生相同的环形光束。

与计算全息法产生的环形光束相比，本实用新型的的技术方案由于只产生一个环形光束，若不考虑光学元件的吸收和散射，光源的能量率接近100％，而计算全息法产生的环形光束，其能量率小于50％。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。