[发明专利]一种六方型泰伯阵列照明器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学阵列照明器技术领域，特别涉及一种六方型泰伯阵列照明器及制备方法。

背景技术

光学阵列照明器或分束器是一类新的衍射光学元件，它的作用是可以把入射光束分割成规则排列的点阵结构，实现均匀分配光功率、多通道互连及微图形传输等功能；光学阵列照明器具有高速性与并行性，其在光计算、光通信及光电混合处理等领域有着广泛的应用价值。

目前，有多种方法可以用来实现阵列光斑的产生，比如利用微透镜阵列、普通光栅和达曼光栅等；但是，微透镜阵列和普通的衍射光栅产生的阵列光斑的强度分布不均匀；达曼光栅可以产生强度均匀分布的阵列光斑，但是达曼光栅产生的阵列光斑的数目受到限制，并且达曼光栅的衍射效率随着阵列光斑数目的增大而减小，因此利用达曼光栅不能产生高衍射效率、高压缩比和大数目的阵列光斑。

利用分数泰伯效应制作的泰伯阵列照明器，可产生强度均匀分布、高衍射效率以及任意压缩比的阵列光斑；并且在各个分数泰伯距离处可出现不同的分束比放大，即以较少的光栅单元数而获得更多的阵列光斑数目【Opt.Lett.15,288(1990)；美国专利US5124843】；但是泰伯阵列光斑产生器都是基于一个多阶的相位板，要获得高衍射效率、高压缩比、大数目的阵列光斑，所需要的相位阶数将会越高；但目前的加工工艺很难制作这种高阶的相位板，且加工工艺过程复杂，制作出的相位板价格昂贵，难于复制，很难在实际中得到应用。其次，现有阵列光斑产生技术主要针对的是正交型的点阵结构，鲜有技术能够实现产生六方型的阵列光斑。虽然已有报道【IEEEJ.QUANTUM.ELECT.49,471(2013)；Opt.Lett.27,228(2002)】产生六方型点阵结构的光斑，但是此技术还是受限于多个相位阶数，很难加工高阶的六方型的泰伯阵列照明器用以产生高衍射效率、高压缩比的六方型阵列光斑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术所存在的问题和不足，提供一种实现强度均匀分布、产生高衍射效率和高压缩比的六方型泰伯阵列照明器及制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种六方型泰伯阵列照明器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：设置六方型阵列光斑在两个方向上的数目值M和N，对应设置M×N个相同尺寸的正六边形基元，以及每一个基元的垂直距离△和光斑压缩比值γ；

步骤2：通过六方型阵列光斑在两个方向上的数目值M和N，以及基元的垂直距离△和光斑压缩比值γ，计算得到每一个基元在对应位置处的相位值

步骤3：根据每一个基元的相位值计算得到每一个基元中第二通光孔的中心与基元第一通光孔的中心的相对位移值δ_mn，进而确定每一个基元的几何结构；

步骤4：根据每一个基元的几何结构将M×N个基元按位置参数(m，n)紧密排列，生成二元相位分布图；

步骤5：根据二元相位分布图，制备六方型泰伯阵列照明器。

进一步，所述步骤2中的每一个基元在对应位置处的相位值具体为：

其中，γ：表述压缩比，取值为正整数；

L：规定γ的取值范围的值；

上述的相位值的取值范围为[-π，π]。

进一步，所述步骤3中每一个基元中第二通光孔的中心与基元第一通光孔的中心的相对位移值δ_mn具体为：

其中，Δ：是表示正六边形基元中两个相互平行的边长之间的垂直距离。

本发明的有益效果是：本方法制备的照明器是纯相位的二元器件，方法简单，易于加工和复制，加工成本低；可以实现强度均匀分布、高压缩比、大数目的六方型点阵结构阵列光斑；本发明可以产生任意压缩比的六方型阵列光斑，特别是高压缩比的阵列光斑；本方法只需通过控制基元大小，衍射光学元件的尺寸与压缩比，制备的照明器可以产生任意周期的六方型阵列光斑；本方法制备的照明器结构简单，可广泛应用于光计算、光通信及光电混合处理等领域。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种六方型泰伯阵列照明器，包括M×N个尺寸相同正六方形的基元，所述基元按位置参数(m，n)紧密排列成照明器本体，所述照明器本体在设定的衍射距离处将相干平面光聚焦为六方型点阵结构的光斑。

进一步，每个所述基元均包括正六方形的第一通光孔和正六方形的第二通光孔，所述第二通光孔置于所述第一通光孔内，且所述第二通光孔的中心与所述第一通光孔的中心之间设置有相对位移δ_mn。

进一步，所述第一通光孔与所述第二通光孔之间的相位差为π。