專利名稱：高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生高亮度超衍射極限光束的儀器。
由于受到光的衍射的影響，任意光束都具有一定的發(fā)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，減少發(fā)散角對(duì)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)意義重大。自六十年代第一臺(tái)紅寶石激光器誕生以來(lái)，人們普遍認(rèn)為基模激光器所產(chǎn)生的高斯光束是理想的光束，對(duì)于相同的光束尺寸，它的發(fā)散角最小。并且認(rèn)為理想的高斯光束是實(shí)際激光器所能達(dá)到的極限。近年來(lái)，有人提出貝塞爾(Bessel)光束具有無(wú)衍射特性，但其光束尺寸為無(wú)窮大，實(shí)際不能實(shí)現(xiàn)。而截?cái)嗔说呢惾麪柟馐痪哂袩o(wú)衍射特性，而且現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置所產(chǎn)生的貝塞爾光束亮度很低，不實(shí)用。迄今為止，無(wú)衍射光束并沒有真正實(shí)現(xiàn)。其主要原因是人們一直沿用的基爾霍夫衍射積分公式不夠完善，沒有反映物理本質(zhì)。
本發(fā)明的目的是提供一種在不增加光束尺寸的條件下，能產(chǎn)生亮度比基模高斯光束高，同時(shí)發(fā)散角比基模高斯光束小的超衍射極限光束的儀器。
本發(fā)明所提供的高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器，由光源和一塊鍍介質(zhì)膜的位相片構(gòu)成。所述位相片有內(nèi)鍍膜區(qū)和透明區(qū)，也可在透明區(qū)外設(shè)有外鍍膜區(qū)。所述位相片的基底對(duì)光源工作波長(zhǎng)λ而言是透明的。膜層的厚度d與光源工作波長(zhǎng)λ的關(guān)系滿足d＝(2n＋1)λ／2，其中n＝0，1，2，3，…。內(nèi)鍍膜區(qū)和外鍍膜區(qū)的形狀可為圓形、方形、一維長(zhǎng)條形或二維長(zhǎng)條形，內(nèi)鍍膜區(qū)的尺寸小于照明光束的尺寸，外鍍膜區(qū)的尺寸范圍是0＜b≤10cm。內(nèi)、外鍍膜區(qū)之間的透明區(qū)的尺寸δ的范圍是0.1μm≤δ≤1cm。所述照明光源為激光器時(shí)，照明光源輸出面與位相片之間的距離滿足－20≤L≤20cm，L＜0表示相位片放在激光諧振腔內(nèi)部，L＝0表示位相片放在腔鏡上，L＜0表示位相片放在激光器外部。所述照明光源為非激光光源時(shí)，它們之間的距離滿足0＜L≤20cm。
本發(fā)明提供的光束產(chǎn)生器的機(jī)理是根據(jù)衍射原理進(jìn)行相干疊加，使得光束中心部分得到加強(qiáng)，因而亮度要比入射光束高，強(qiáng)度分布更加集中，發(fā)散角更小。
本發(fā)明提供的光束產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、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。適用于各個(gè)波段，如可見、紅外、紫外等。


附圖1是本發(fā)明的圓形高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器的位相片示意圖。圖中(1)是內(nèi)鍍膜區(qū)，(2)是透明區(qū)。
附圖2是本發(fā)明的圓形位相片示意圖，圖中(3)是外鍍膜區(qū)。
附圖3是本發(fā)明的一維長(zhǎng)條形光束產(chǎn)生器位相片示意圖。
附圖4是本發(fā)明的二維長(zhǎng)條形光束產(chǎn)生器位相片示意圖。
附圖5是本發(fā)明的光束產(chǎn)生器位相片與照明光源的位置關(guān)系示意圖。圖中(4)是照明光源，(5)是光源輸出面，(6)是光束產(chǎn)生器的位相片。
實(shí)施例1參見圖1，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為圓形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的直徑a＝0.5mm～10.0mm，透明區(qū)尺寸δ為0.1mm～10.0mm。照明光源用YAP固體激光器，工作波長(zhǎng)是1.06μm，介質(zhì)膜的厚度是d＝0.53(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體激光器輸出面5之間的距離為L(zhǎng)＝－5～20cm。
實(shí)施例2參見附圖2，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為圓形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的直徑a＝0.30mm～5.00mm，透明區(qū)2的尺寸δ的范圍取0.1μm～10μm。外鍍膜區(qū)3的尺寸b的范圍取0.5mm≤b≤10mm。照明光源4用He－Ne基模激光器，工作波長(zhǎng)是0.6328μm，介質(zhì)膜的厚度d＝0.3164(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與He－Ne激光器輸出面5之間的距離為L(zhǎng)＝－20～5cm。
實(shí)施例3參見圖3，本發(fā)明所提供的光束產(chǎn)生器的位相片為一維長(zhǎng)條形，位相片內(nèi)鍍膜區(qū)1的寬度a＝1.00～10.00mm，透明區(qū)2的尺寸δ的范圍取1μm～100μm，外鍍膜區(qū)3的尺寸b的范圍取0≤b≤10mm。照明光源用YAG固體激光器，工作波長(zhǎng)是1.06μm，介質(zhì)膜的厚度是d＝0.53(2n＋1)μm，n＝0，1，2，…。參見圖5，位相片6與固體激光器輸出面5之間的距離L＝－5～20cm。
權(quán)利要求1.一種高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器，其特征是由光源和鍍介質(zhì)膜的位相片構(gòu)成，所述位相片有內(nèi)鍍膜區(qū)(1)、透明區(qū)(2)。所述介質(zhì)膜的厚度滿足d=(2n+1)λ/2，式中λ為照明光源的工作波長(zhǎng)，n=0，1，2，…，d為厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束產(chǎn)生器，其特征是透明區(qū)(2)外設(shè)有外鍍膜區(qū)(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述鍍膜區(qū)的形狀為圓形或方形或一維長(zhǎng)條形或二維長(zhǎng)條形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的內(nèi)鍍膜區(qū)(1)的尺寸小于照明光束的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的透明區(qū)(2)的尺寸范圍是0.1μm≤δ≤1cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的外鍍膜區(qū)(3)的尺寸范圍是0＜b≤10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的照明光源(4)是各種基膜或多模激光器或其它相干性好的光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的照明光源(4)是各種激光器，光源輸出面(5)與位相片(6)的之間距離L滿足－20cm≤L≤20cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束產(chǎn)生器，其特征是所述的照明光源是非激光相干光源，光源輸出面(5)與位相片(6)之間的距離L滿足0＜L≤20cm。
專利摘要一種高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器，其特征是由光源和鍍介質(zhì)膜的位相片構(gòu)成。所述位相片有內(nèi)鍍膜區(qū)(1)和透明區(qū)(2)。所述介質(zhì)膜的厚度滿足d＝(2n+1)λ/2。式中λ為照明光源的工作波長(zhǎng)，n＝0，1，2，…，d為厚度。該光束產(chǎn)生器在相干光源照明下能產(chǎn)生比基模高斯光束亮度更高而且發(fā)散角更小的超衍射極限光束。
文檔編號(hào)G02B1/00GK2186920SQ9420595
公開日1995年1月4日 申請(qǐng)日期1994年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月29日
發(fā)明者王紹民, 林強(qiáng), 陸璇輝 申請(qǐng)人:杭州大學(xué)