[实用新型]高亮度超衍射极限光束产生器

说明书

本发明涉及一种能产生高亮度超衍射极限光束的仪器。

由于受到光的衍射的影响，任意光束都具有一定的发散角和有限的光斑尺寸。在一定的光束尺寸下，提高光束的亮度，减少发散角对实际应用来说意义重大。自六十年代第一台红宝石激光器诞生以来，人们普遍认为基模激光器所产生的高斯光束是理想的光束，对于相同的光束尺寸，它的发散角最小。并且认为理想的高斯光束是实际激光器所能达到的极限。近年来，有人提出贝塞尔（Bessel）光束具有无衍射特性，但其光束尺寸为无穷大，实际不能实现。而截断了的贝塞尔光束不具有无衍射特性，而且现有的实验装置所产生的贝塞尔光束亮度很低，不实用。迄今为止，无衍射光束并没有真正实现。其主要原因是人们一直沿用的基尔霍夫衍射积分公式不够完善，没有反映物理本质。

本发明的目的是提供一种在不增加光束尺寸的条件下，能产生亮度比基模高斯光束高，同时发散角比基模高斯光束小的超衍射极限光束的仪器。

本发明所提供的高亮度超衍射极限光束产生器，由光源和一块镀介质膜的位相片构成。所述位相片有内镀膜区和透明区，也可在透明区外设有外镀膜区。所述位相片的基底对光源工作波长λ而言是透明的。膜层的厚度d与光源工作波长λ的关系满足d＝（2n＋1）λ／2，其中n＝0，1，2，3，…。内镀膜区和外镀膜区的形状可为圆形、方形、一维长条形或二维长条形，内镀膜区的尺寸小于照明光束的尺寸，外镀膜区的尺寸范围是0＜b≤10cm。内、外镀膜区之间的透明区的尺寸δ的范围是0.1μm≤δ≤1cm。所述照明光源为激光器时，照明光源输出面与位相片之间的距离满足－20≤L≤20cm，L＜0表示相位片放在激光谐振腔内部，L＝0表示位相片放在腔镜上，L＜0表示位相片放在激光器外部。所述照明光源为非激光光源时，它们之间的距离满足0＜L≤20cm。

本发明提供的光束产生器的机理是根据衍射原理进行相干叠加，使得光束中心部分得到加强，因而亮度要比入射光束高，强度分布更加集中，发散角更小。

本发明提供的光束产生器结构简单、体积小、成本低。照明光源可以用普通基模激光器或其它相干性好的光源。适用于各个波段，如可见、红外、紫外等。

附图说明：

附图1是本发明的圆形高亮度超衍射极限光束产生器的位相片示意图。图中（1）是内镀膜区，（2）是透明区。

附图2是本发明的圆形位相片示意图，图中（3）是外镀膜区。

附图3是本发明的一维长条形光束产生器位相片示意图。

附图4是本发明的二维长条形光束产生器位相片示意图。

附图5是本发明的光束产生器位相片与照明光源的位置关系示意图。图中（4）是照明光源，（5）是光源输出面，（6）是光束产生器的位相片。

实施例1：

参见图1，本发明所提供的光束产生器的位相片为圆形，位相片内镀膜区1的直径a＝0.5mm～10.0mm，透明区尺寸δ为0.1mm～10.0mm。照明光源用YAP固体激光器，工作波长是1.06μm，介质膜的厚度是d＝0.53（2n＋1）μm，n＝0，1，2，…。参见图5，位相片6与固体激光器输出面5之间的距离为L＝－5～20cm。

实施例2：

参见附图2，本发明所提供的光束产生器的位相片为圆形，位相片内镀膜区1的直径a＝0.30mm～5.00mm，透明区2的尺寸δ的范围取0.1μm～10μm。外镀膜区3的尺寸b的范围取0.5mm≤b≤10mm。照明光源4用He－Ne基模激光器，工作波长是0.6328μm，介质膜的厚度d＝0.3164（2n＋1）μm，n＝0，1，2，…。参见图5，位相片6与He－Ne激光器输出面5之间的距离为L＝－20～5cm。

实施例3：

参见图3，本发明所提供的光束产生器的位相片为一维长条形，位相片内镀膜区1的宽度a＝1.00～10.00mm，透明区2的尺寸δ的范围取1μm～100μm，外镀膜区3的尺寸b的范围取0≤b≤10mm。照明光源用YAG固体激光器，工作波长是1.06μm，介质膜的厚度是d＝0.53（2n＋1）μm，n＝0，1，2，…。参见图5，位相片6与固体激光器输出面5之间的距离L＝－5～20cm。