[发明专利]一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件实现轴向多焦点的方法

说明书

技术领域

本发明提出一种利用二元波带片设计衍射多焦点元件的方法，以及实现轴向多焦点的光路结构。

背景技术

多焦点元件在有调节能力的人工晶状体、激光光盘读取头、3-D图像的构建都发挥着独特的作用。

在激光加工产业尤其是激光切割行业，对光束质量提出了越来越高的要求，除了要求光斑更精细化，同时对多样的光斑形态也提出了要求。其中，多焦点在诸如透明材料(如玻璃、蓝宝石)切割等领域得到了越来越多的应用。

产生多个焦点的方法很多，比较典型的有用分区透镜实现多焦点，由于不同区孔径不同，造成不同焦点的视场不同。二元菲涅尔波带片也能实现多焦点，但这种方法不能准确控制焦点能量均匀性和数量。

本文的设计方法具有方法高效，结构极简、光能利用率高、设计焦点数量和能量分布的自由度高的优点。

发明内容

一种利用二元波带片设计的衍射多焦点元件。其光路结构沿激光传播方向依次包括衍射多焦点元件、聚焦镜。

第一步：由目标焦点F_l位置，得到衍射多焦点元件对应的焦距f₁，和聚焦镜f₂。

第二步：由目标焦点能量分布，设计二元波带片的相位分布c_l表征了各焦点能量。

第三步：得到获得多焦点分布的相位函数其中为入射光初始相位，为聚焦镜相位，为衍射元件的聚焦相位。

第二步：根据相位函数，制作衍射多焦点元件。

第二步：将激光光束扩束准直，满足衍射多焦点元件对入射光的要求。

第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有衍射多焦点元件、聚焦镜。

第四步：在激光传播方向，观察光斑分布，调试像面的位置得到不同位置处的焦点。

附图说明

图1聚焦镜或可实现聚焦功能的镜头模组。

图2为均匀双焦点元件径向二元相位分布。

图3为轴向双焦点能量分布。

具体实施方式

多焦点元件配合聚焦镜。

具体实施包括：

1、根据入射光参数(包括波长、束腰直径、发散角)以及最终需要得到的焦点参数(焦点数量、各焦点位置、焦点能量分布)设计合适的多焦点元件、聚焦镜。

2、按照设计方案调试光路，在适当工作距离处得到所需要的各个焦点。

实例和效果

实例1实现均匀双焦点元件设计。

入射激光波长λ＝1.064μm，光斑半径R＝1.5mm第一焦点焦距为f_a＝30mm，第二焦点焦距为f_b＝34mm。

第一步：由目标焦点焦距得到衍射元件的焦距f₁，和聚焦镜焦距f₂。

第二步：将激光光束扩束准直，满足衍射多焦点元件对入射光的要求。

第三步：按照设计方案搭建光路，光路中沿激光出射方向依次有衍射多焦点元件、聚焦镜。

第四步：沿光轴方向，调试像面的位置，依次观察光斑分布。

设计得到的多焦点元件径向二元相位分布如图2。

模拟得到的沿z轴焦点能量分布如图3。