[发明专利]一种基于衍射原理的平行光管结构及设计方法

权利要求书

1.一种基于衍射原理的平行光管结构，其特征在于，包括主镜及与主镜间隔设置的次镜；所述主镜为谐衍射镜片且包括主入射面及与主入射面相背的主衍射面，所述主入射面为平面，所述主衍射面形成多个主衍射台阶；所述次镜的数量为至少一个且每个次镜包括次入射面及与次入射面相背的次衍射面；所述次入射面为平面，所述次衍射面形成多个次衍射台阶；光线经所述主入射面进入主镜、由所述主衍射面衍射后进入到所述次衍射面、再经所述次衍射面后进行聚焦；所述主镜的主衍射面设置有一个外径对应所述主镜直径且围绕于所述多个主衍射台阶的标记区域；所述次镜的次衍射面设置有一个外径对应所述次镜直径且围绕于所述多个次衍射台阶的标记区域。

2.根据权利要求1所述的基于衍射原理的平行光管结构，其特征在于，所述主镜及所述次镜均为圆形且所述主镜的直径大于所述次镜的直径；所述多个主衍射台阶为多个同轴设置的圆环；所述多个次衍射台阶为多个同轴设置的圆环。

3.根据权利要求2所述的基于衍射原理的平行光管结构，其特征在于，所述次镜的数量为三个；每个次镜的次入射面均位于靠近主镜的一侧，次衍射面均位于远离所述主镜的一侧。

4.根据权利要求1所述的基于衍射原理的平行光管结构，其特征在于，所述主镜及所述次镜的标记区域的宽度为20mm。

5.一种如权利要求1所述基于衍射原理的平行光管结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定入射主镜的主设计波长、主镜的主谐振波长、入射次镜的次设计波长、次镜的次谐振波长、平行光管的焦距及口径；

步骤2：根据主设计波长、次设计波长和平行光管结构的口径，搭建初始光路；主镜的主衍射面及次镜的次衍射面的面型表达式为：

M为衍射级次，N为阶数，A_i为系数，r为归一化半径；

步骤3：保持主镜与次镜位相参数不变，对主镜的主谐振波长及次镜的次谐振波长处的成像质量进行验证，根据主谐振波长和次谐振波长，分别确定对应的衍射级次，完成主谐振波长和次谐振波长处的设计；

在步骤3中主谐振波长与主设计波长之间，次谐振波长和次设计波长之间存在如下关系：

其中，p为谐振因子，取整数，代表最大位相调制(2pi)的整数倍，p＝2；λ₀为主设计波长或次设计波长，λ为任意波长，f为主设计波长或次设计波长的焦距，f_M,λ为任意波长λ处的焦距；

如果要求f_M,λ与主设计波长或次设计波长的焦距f重合,即应满足

λM＝pλ₀；

步骤4：保持主镜位相参数不变，以次镜的位相系数及主镜与次镜之间的距离为优化变量，同时保持平行光管结构的总长不变，完成次设计波长处的设计，次设计波长与主设计波长共用一个主镜，次镜尺寸与主设计波长的主镜相近，通过改变位相函数与距离参数，完成次设计波长对应的优化工作；

步骤5：保持主镜及次设计波长对应的次镜的位相参数及距离不变，确认次设计波长对应的次谐振波长处的成像质量，并确认不同次谐振波长对应的衍射级次。

6.根据权利要求5所述的基于衍射原理的平行光管结构的设计方法，其特征在于，重复步骤4及步骤5完成第二个及第三个次镜的设计波长的衍射级次的设计。

7.根据权利要求5所述的基于衍射原理的平行光管结构的设计方法，其特征在于，在步聚2中M取1，取i＝1时，A₁为光焦度项，可计算得出其中，λ为任意波长，f为设计波长的焦距。