[发明专利]几何相位透镜

说明书

本发明涉及光学技术领域，公开一种几何相位透镜，以在同一时间基于任一特定波长的入射光束形成多个焦点。本发明公开的几何相位透镜，通过分别控制以光轴为圆心的各环所对应的双折射材料长轴方向变化，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转；其中，至少一个环将内侧邻接的第一区域与外侧邻接的第二区域进行分界；所述第一区域和所述第二区域都等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，且所述第一区域的焦距与所述第二区域的焦距分布于所述光轴的不同位置。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种几何相位透镜。

背景技术

透镜可广泛应用于安防、车载、数码相机、激光、光学仪器等各个领域，随着市场不断的发展，透镜技术也越来越应用广泛。

传统透镜是根据光的折射规律制成的折射镜，是用透明物质(如玻璃、水晶等)制成的表面为球面一部分的光学元件，有塑胶透镜和玻璃透镜两种。其折射面是两个球面部分，或一个球面部分和一个平面组成的透明体。例如：

凸透镜：中间厚，边缘薄，有双凸、平凸、凹凸三种；凹透镜：中间薄，边缘厚，有双凹、平凹、凸凹三种。

在一些新型的透镜中，部分采用了液晶或液晶聚合物。如CN1367398A公开了一种连续变焦菲涅尔透镜，CN1702487A公开了一种电控变焦光学成像系统制作方法。此类透镜都是通过在不同时间加载不同的电压来实现变焦；却无法在同一时间基于任一特定波长的入射光束形成多个焦点；从基于现有的常识性内容，以单透镜形成在同一时间基于任一特定波长的入射光束形成多个焦点更是有悖于本领域技术人员的常识。

然而在激光切割等应用场景中，单焦点所形成的切割面往往很容易导致最终的切面为弧状的曲面结构，会导致诸如被切割物件的装配过程中存在缝隙等，从而影响了被切割物件的切割及装配精准度等整体性能。

发明内容

本发明目的在于公开一种几何相位透镜，以在同一时间基于任一特定波长的入射光束形成多个焦点。

为达上述目的，本发明公开一种几何相位透镜，通过分别控制以光轴为圆心的各环所对应的双折射材料长轴方向变化，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转；

其中，至少一个环将内侧邻接的第一区域与外侧邻接的第二区域进行分界；所述第一区域和所述第二区域都等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，且所述第一区域的焦距与所述第二区域的焦距分布于所述光轴的不同位置。

可选地，在本发明中，在所述第一区域中，以光轴为圆心，沿半径方向，相邻环之间的双折射材料长轴方向连续周期性变化，以长轴方向由0变化到180度为一个变化周期，且变化速率与半径大小成正相关，以使得各环同一衍射级所对应的衍射角度随环半径增大而增大；同理，在所述第二区域中，以光轴为圆心，沿半径方向，相邻环之间的双折射材料长轴方向连续周期性变化，以长轴方向由0变化到180度为一个变化周期，且变化速率与半径大小成正相关，以使得各环同一衍射级所对应的衍射角度随环半径增大而增大；其中，所述第一区域中的长轴方向变化速率与所述第二区域所对应的长轴方向变化速率不同。

优选地，所述第一区域和所述第二区域在对非零的同一级衍射光束进行会聚时，对相对应的相反级衍射光束基于虚焦点进行发散。

可选得，当+1衍射级光束基于虚焦点发散时，-1衍射级光束基于实焦点会聚；或者当-1衍射级光束基于虚焦点发散时，+1衍射级光束基于实焦点会聚。

优选地，所述几何相位透镜的外形为平板结构。

优选地，所述几何相位透镜还用于：将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光，和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

本发明具有以下有益效果：