專利名稱：一種利用調(diào)制多高斯光束疊加產(chǎn)生環(huán)形非平頂光束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字全息術(shù)和光束的疊加問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一種新的環(huán)形光束。
背景技術(shù)：
光束聚焦問(wèn)題一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)。一個(gè)高度聚焦，半高全寬度很小的光斑在很 多激光應(yīng)用問(wèn)題中是具有很大優(yōu)勢(shì)的。例如，在激光加工技術(shù)中，聚焦越好，光斑越小，加 工精度就越高；在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，激光聚焦越小，則數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度越大；在光鑷技術(shù)應(yīng)用 中，同樣功率的激光，焦斑越小，捕獲力則越大，操控微粒尺寸可以越小。已經(jīng)證明，光束在聚焦時(shí)，光強(qiáng)的徑向分布，激光的偏振狀態(tài)，聚焦物鏡的數(shù)值孔 徑大小決定了光斑的大小[App 1. Opt. ,Vol. 43, No. 22，4322，2004]。研究表明在徑向偏振 的激光入射時(shí)，數(shù)值孔徑越大，光斑越小。而在使用環(huán)形孔徑限制入射激光時(shí)，獲得的光斑 尺寸可以進(jìn)一步縮小[Phys. Rev. Lett. Vol.91, No. 23，233901，2003]。但是使用環(huán)形孔徑 限制入射激光束的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致很多實(shí)際應(yīng)用的不方便，而且光能的利用率也受到了限 制。為了克服環(huán)形孔徑的缺陷，有人設(shè)計(jì)了二元純相位環(huán)形衍射光學(xué)元件。當(dāng)徑向偏振激 光入射時(shí)，理論分析顯示光斑半高全寬度可以小于半個(gè)波長(zhǎng)[Nature Photonics, Vol.2, 501-505, 2008] 0最近，報(bào)道了一種由多個(gè)高斯光束徑向疊加構(gòu)成的環(huán)形平頂光束[Chin. Opt. Lett. Vol. 9，No. 1，11402-11405，2010]。環(huán)形光束的優(yōu)點(diǎn)是不需要環(huán)形孔徑就可以實(shí) 現(xiàn)環(huán)形照明，而且光能利用率得到了提高。利用徑向偏振的環(huán)形光束，不需要環(huán)形孔徑就可 以獲得高度聚焦的光斑。該光束的特點(diǎn)是，在環(huán)形寬度內(nèi)，光強(qiáng)分布是均勻的，光束能量沒(méi) 有最大限度地集中到孔徑的邊緣部分，因而，物鏡聚焦后光斑尺寸還有待于進(jìn)一步提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決這一問(wèn)題，提出了一種由徑向調(diào)制的高斯光束疊加產(chǎn)生徑向光強(qiáng)非 均勻分布的環(huán)形光束。其光束的數(shù)學(xué)模型為
權(quán)利要求
1. 一種圓對(duì)稱環(huán)形非平頂光束，其特征是徑向由(2N+1)個(gè)被調(diào)制的高斯光束疊加產(chǎn) 生，可以用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式表示
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，單個(gè)的被調(diào)制高斯光束為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，各個(gè)被調(diào)制高斯光束在徑向是相互錯(cuò)開的，其特征是每相鄰 的兩個(gè)被調(diào)制高斯光束的強(qiáng)度峰值之間的徑向距離為單個(gè)未被調(diào)制的高斯光束的腰寬。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種利用調(diào)制多高斯光束疊加產(chǎn)生環(huán)形非平頂光束的方法，其技術(shù)領(lǐng)域涉及激光整形和聚焦。該方法能夠解決現(xiàn)有環(huán)形光束徑向在環(huán)的寬度內(nèi)光強(qiáng)均勻分布，而不利于聚焦光斑尺寸變小的缺點(diǎn)，該光束光強(qiáng)分布特點(diǎn)是越靠近邊緣，光強(qiáng)越強(qiáng)，從而獲得徑向受調(diào)制的非平頂環(huán)形光束。設(shè)計(jì)了一個(gè)該光束的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)該模型，可以利用計(jì)算全息方法產(chǎn)生該模型所代表的光束。而且通過(guò)調(diào)整該模型的參數(shù)，可以獲得不同調(diào)制特點(diǎn)的非平頂環(huán)形光束。用顯微物鏡聚焦徑向偏振的非平頂環(huán)形光束，可以獲得更小的聚焦光斑尺寸。在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，光鑷操控技術(shù)，以及激光加工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102103264SQ20111002709
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者陳建農(nóng) 申請(qǐng)人:魯東大學(xué)