[发明专利]一种产生无衍射光的新型光学元件

说明书

技术领域

本发明为一种可产生无衍射光的光学元件，适用于精密准直、科学研 究等方面，特别在实际产生无衍射光过程中可以被广泛应用。

背景技术

美国Rochester大学的J.Durnin于1987年首次提出了无衍射光，它 在自由空间中传播无衍射，即传播过程中横向光场分布不随传播距离发生 变化；光场能量集中，中心光斑小而且强度高。无衍射光的诱人特点，使 其具有许多潜在应用，如应用于精确测量与准直，精密加工切割，带电粒 子和中性原子引导，微操作实验，非线性光学领域等。

无衍射光的产生方法主要有环缝-透镜法、全息法、球面像差法、轴棱 锥法等，其中环缝-透镜法的转换效率特别低，只有15％左右，全息法的抗 损伤阈值比较低，轴棱锥由于结构简单，转换效率高，抗损伤阈值高而作 为产生无衍射光的最常用的光学元件。但是在无衍射光束的实际应用中往 往需要长距离的无衍射光，由最大无衍射距离公式可知在入 射光束半径a一定情况下，最大无衍射距离Z_max与轴棱锥底角θ成反比，即 底角越小的轴棱锥形成的无衍射距离越长，但底角越小的轴棱锥对加工技 术要求越高，成本也越高，一定程度上限制了无衍射光的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工容易、成本很低的产生无衍射光的光 学元件。

本发明的技术方案是这样的：一种产生无衍射光的光学元件，包括底 面半径相等的正轴棱锥和负轴棱锥，此正轴棱锥为底面呈平面状的圆锥体 结构，此负轴棱锥的底面呈圆锥形内凹状、顶面呈与上述正轴棱锥的底面 相对应的平面，上述正轴棱锥的底面与上述负轴棱锥的顶面相吻合胶合在 一起，且上述正轴棱锥的底角大于上述负轴棱锥的底角。

上述正、负轴棱锥的底角均大于0°且小于等于10°。

由波动光学和矩阵光学理论可知本发明的产生无衍射光的光学元件的 等效底角为正、负轴棱锥的底角之差，再由最大无衍射距离公式可知当平 行光入射时，最大无衍射距离只与正、负轴棱锥底角之差有关，因此选择 不同的正、负轴棱锥底角便可得到不同距离的无衍射光。

采用上述方案后，本发明的一种产生无衍射光的光学元件，其优点在 于：通过较大底角的正、负轴棱锥组合，使其特性与小角度的正轴棱锥相 同，且正、负轴棱锥的底角不必局限于特别小的角度，克服了小角度加工 困难的现状，降低了对加工技术的要求，减少了加工成本，在实际产生无 衍射光的过程中可以被广泛应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的结构和原理作进一步详细的说明。

本发明的一种产生无衍射光的光学元件，如图1-2所示，包括常用的光 学玻璃制成的、底面半径相等的正轴棱锥1和负轴棱锥2；正轴棱锥1为底 面11呈平面状的圆锥体结构，正轴棱锥1的底角为θ₁；负轴棱锥2的底面 21呈圆锥形内凹状、顶面22呈与正轴棱锥1的底面11相对应的平面，负 轴棱锥2的底角为θ₂。正轴棱锥的底面11与负轴棱锥的顶面22相吻合胶合 在一起，且正轴棱锥的底角θ₁大于负轴棱锥的底角θ₂。

如图1所示，本发明的这种光学元件沿Z轴旋转对称，负轴棱锥2在 XY平面的左侧，正轴棱锥1在XY平面的右侧，因此可以把本发明的这种光 学元件看作是等底面半径的正、负轴棱锥以XY平面为胶合面胶合而成。

如图2所示，左边入射的为平行光束，通过本发明的光学元件后转换 为无衍射光束，ABCD菱形区域内为无衍射光。

由波动光学和矩阵光学理论可知本发明的产生无衍射光的光学元件的 等效底角为正、负轴棱锥的底角θ₁和θ₂之差，再由最大无衍射距离公式 可知当平行光入射时，最大无衍射距离只与正、负轴棱 锥的底角之差有关，因此选择不同的底角θ₁和θ₂可得到不同距离的无衍射 光。

作为一个实施例，我们选择正轴棱锥1的底角θ₁＝7°、负轴棱锥2的底 角θ₂＝6°，这样，本发明的产生无衍射光的光学元件的等效底角θ＝θ₁-θ₂＝1°， 也就是说底角θ₁＝7°、θ₂＝6°的光学元件产生的无衍射光与底角θ＝1°的正轴 棱锥产生的无衍射光相同，这样就解决了目前小角度轴棱锥加工困难的现 状，降低了对加工技术的要求，减少了加工成本。