[发明专利]一种基于波前编码技术的宽带光子筛

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种光子筛，尤其是应用了波前编码技术的宽带光子筛。

背景技术

光子筛是由Kipp在2001年提出的一种衍射光学元件，和菲涅耳波带片相似，都是使奇数或偶数菲涅耳波带透光，而使相邻的波带不透光。光子筛将透光的波带设计成透光的微孔，微孔位于波带上，光波通过各微孔中心到达焦点的距离与通过光轴到达焦点的距离之差为波长的整数倍，可以实现聚焦和成像，用于高分辨率显微镜，光谱成像，X射线成像，UV光刻等。

作为衍射光学元件，光子筛具有很大的色差。一般而言，对于一个焦距f的光子筛，只对设计波长λ清晰成像。因此，当入射光波长为λ+Δλ时，将聚焦到f+Δf位置，在原始焦平面位置产生背景噪音。

为解决上述问题，Gimenez等在文献“F. Giménez, J. A. Monsoriu, W. D. Furlan, and A. Pons, “Fractal photon sieve,” Opt. Express 14(25), 11958–11963 (2006)”中提出了一种分形光子筛去拓展焦深并且减小色差。但是，该光子筛是以降低设计波长在对焦位置的分辨率为代价的。Andersen等人在文献“G. Andersen, and D. Tullson, “Broadband antihole photon sieve telescope,” Appl. Opt. 46(18), 3706–3708 (2007)”中提出了一种由光子筛作为主镜的望远系统。在系统中，另一个衍射光学元件被设计去补偿光子筛的色差特性，达到了一定的宽光谱成像效果。这种方式结构相对复杂。周等人在文献“C. X. Zhou, X. C. Dong, L. F. Shi, C. T. Wang, and C.L. Du, “Experimental study of a multiwavelength photon sieve designed by random-area-divided approach,” Appl. Opt. 48(8), 1619–1623 (2009)”中设计并加工了一块三波长光子筛。该光子筛的设计对于三个不同的波长分别设计三套不重叠的孔，用于对三个波长成像。但是，其具有较低的衍射效率并且只对设计的三个波长成像。

因此，需要对光子筛系统的结构进行改进以拓展光子筛的光谱。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于波前编码技术的宽带光子筛，在不影响光子筛的分辨率的前提下，拓展光子筛的带宽。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于波前编码技术的宽带光子筛，具有一位相编码板，所述位相编码板的一个表面为位相编码面，另一个表面为平面，所述平面后紧贴有光子筛，所述位相编码面选自三次编码面、对数编码面、指数编码面中的一种，所述光子筛对透过所述位相编码面的光线衍射成像。

进一步的技术方案，所述位相编码面为三次编码面，三次编码面的面形函数为，式中，R为三次编码板的半径，(x,y)是以直角坐标表示的位置，，α为三次编码系数，α＞20。

优选地，所述三次编码面的三次编码系数α为20π。

或者，所述位相编码面为对数编码面，对数编码面的面形函数为，式中，。

或者，所述位相编码面为指数编码面，指数编码面的面形函数为，式中，，，。

上述技术方案中，可以根据不同口径、焦距指标的光子筛和需要拓展带宽的实际需求进行优化，以取得最佳α和β取值。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

波前编码技术通常用于使成像光学系统获得较大的景深，与数字图像处理技术结合，用于摄影镜头、红外成像系统、虹膜识别等场合。本发明创造性地将波前编码技术引入光子筛领域，在光子筛之前设置了位相编码板，对进入光子筛的光线进行波前编码，减少了光子筛对波长的敏感性，达到了拓展带宽的目的。

附图说明

图1是实施例一中的宽带光子筛结构示意图；

图2是图1中的光子筛示意图；

图3是测试常规光子筛的性能的装置示意图；

图4是常规光子筛在设计波长632.8nm的实验测试结果；

图5是测试宽带光子筛的性能的装置示意图；

图6是图5中带通滤光片的透过率曲线；

图7是常规光子筛在宽带光源下的成像结果；

图8是宽带光子筛在宽带光源下的成像结果；