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圓環整形元件
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所屬分類
焦面整形
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產品描述
產品概述
針對一些激光應用需要用到環狀激光光斑，本公司設計生產一系列的環狀光斑整形期間，常見的有圓形達曼光柵，螺旋相位板，衍射軸錐鏡等。
產品介紹
圓形達曼光柵
圓形達曼光柵(Circular Dammann Grating, CDG)將達曼光柵的相位編碼思想引入到圓光柵中，從而是圓光柵出射的衍射光場的能量重新分配到幾個想要的衍射級次上去。它具有具有環形相位結構的二值化光學器件，可以在夫瑯禾費衍射場實現各個衍射次級等光強分布的圓形衍射場，即等強度分布的環形衍射場。因為光學系統大多時候為圓對稱的結構，因此，圓環形達曼光柵可以很好地和光學系統地圓形孔徑進行匹配，具有廣泛地用途。
根據圓形達曼光柵結構形式可分為寬帶圓形達曼光柵和窄帶圓形達曼光柵。
寬帶圓形達曼光柵(連續衍射分布)
圓形達曼光柵的相位結構如下圖所示，由圓形二值相位組成，通過調整各個圓環的半徑和相位值，實現對初始激光光束的變換和整形。
圖、N環二值相位圓形達曼光柵結構(ri(i=1,2,……,N)為各環歸一化半徑)
此發明設計夫瑯禾費衍射場光路結構如下圖所示：
圖、光路結構圖
其中，聚焦鏡焦距為f，圓形達曼光柵的二值相位分別為φ0和0，則夫瑯禾費衍射場可表示為：
;R為入射光斑半徑，也就是圓形達曼光柵調制半徑，f為聚焦鏡焦距，
為入射光波長，
為目標場橫坐標。
在φ0=π的情況下，只需通過優化算法得出[r0,r1,……rN]的各環帶歸一化半徑，則可得到所需變換的目標光柵。但是，此類寬帶圓形打滿光柵的衍射場是連續的，光柵的結構也是非周期結構，其單位周期為入射光斑的半徑。效果圖如下如：
圖、寬帶CDG的徑向強度分布
窄帶圓形達曼光柵(離散衍射分布)
上述寬帶CDG可以實現都等強度寬帶圓環分布，但是因其不具有周期結構，其衍射場分布是連續的，無法得到離散的圓環衍射分布。因此，提出一種類似一維達曼光柵周期結構的，具有周期環狀結構的窄帶圓形達曼光柵，實現脈沖窄帶的強度分布，即為離散圓環分布。理想平面波入射情況下，其可實現窄帶離散環狀分布，如下如所示：
此類窄帶離散分布的CDG，發散角可由光柵方程獲得。
|
區別 |
寬帶達曼光柵 |
窄帶達曼光柵 |
|
周期 |
非周期 |
周期結構 |
|
衍射場分布 |
連續 |
離散 |
螺旋相位板
對高斯光束進行螺旋相位調制，產生渦旋光束，結合聚焦鏡使用，在焦平面內調制為超幾何函數分布，可以實現聚焦圓環的微小光斑。在以確定的光學系統中，聚焦圓環的內外徑只和螺旋相位板提供的拓撲荷有關，假設系統衍射極限為DL，則內外徑和DL之比與拓撲荷的關系如下表：
|
拓撲荷 |
外徑/DL |
內徑/DL |
|
1 |
2.0175 |
0.1834 |
|
2 |
3.013 |
0.4978 |
|
3 |
4.114 |
0.812 |
|
4 |
5.266 |
1.127 |
|
5 |
6.472 |
1.415 |
|
6 |
7.73 |
1.7 |
|
7 |
8.93 |
1.965 |
|
8 |
10.19 |
2.28 |
衍射軸錐鏡
對于軸錐鏡，可基于惠更斯-菲涅爾衍射積分理論推導平行光入射軸錐鏡后的光場分布，并且利用穩相法求解，同時采用簡單的幾何方法給出軸錐鏡的最大無衍射傳輸距離Zmax。在無衍射距離之內，光斑截面強度滿足貝塞爾函數分布，在超過無衍射距離之后，光斑則發散為圓環光斑。假設半徑為R的平行光入射到楔角為γ的軸錐鏡當中，超出無衍射距離之后，其圓環光斑對應的發散角為：
其他
除了以上幾種常見的圓環光斑整形器件，本公司還可以為客戶定制其他種類的圓環光斑元件，歡迎垂詢。
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