[发明专利]基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生系统和方法，其中系统包括：共轴设置的衍射轴锥镜和倒置望远镜系统，其中，所述衍射轴锥镜上刻蚀有多个台阶；所述倒置望远镜系统包括：第一聚焦镜和第二聚焦镜；其中，所述第一聚焦镜共轴设置于所述衍射轴锥镜和所述第二聚焦镜之间。本发明结合轴锥镜的成像原理和衍射光学元件的制作方法，以台阶拟合的形式简化轴锥镜的制作方法，后续结合倒置的望远镜这一特定的聚焦光学系统，实现了产生长焦深、微小光斑的目的，且该系统光能利用率高。

技术领域

本发明涉及衍射光学和几何光学相结合的折衍混合结构技术领域，更具体的说是涉及一种基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生系统和方法。

背景技术

焦深是指在特定的光学系统中允许的焦面或者像平面位置的变化范围，在众多光学调焦系统中占有极为重要的位置。近年来，在透明材料的激光切割当中，对聚焦光束的焦深要求越来越高，而且在此基础上，还需要保证聚焦光斑的大小满足加工的要求，即长焦深、小尺寸的聚焦光斑。

1954年，传统的轴锥镜被提出，作为可实现长焦深功能的核心元件，不断受到大家的广泛关注。但是，轴锥镜的加工难度大，且配合聚集镜的情况下，无法同时实现可控长焦深和可控尺寸的微小光斑的要求。

因此，如何提供一种同时实现长焦深微小光斑的产生系统和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生系统和方法，实现了产生长焦深、微小光斑的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生系统，包括：共轴设置的衍射轴锥镜和倒置望远镜系统，其中，所述衍射轴锥镜上刻蚀有多个台阶；所述倒置望远镜系统包括：第一聚焦镜和第二聚焦镜；其中，所述第一聚焦镜共轴设置于所述衍射轴锥镜和所述第二聚焦镜之间。

优选的，所述衍射轴锥镜的楔角为α，入射激光的波长为λ，所述衍射轴锥镜在波长为λ下的折射率为n，则所述入射激光经过所述衍射轴锥镜

之后形成的中心无衍射光斑的大小

优选的，所述衍射轴锥镜的楔角为α，则所述衍射轴锥镜对应的无衍射光斑的距离为

其中，n为所述衍射轴锥镜在波长为λ下的折射率，α为衍射轴锥镜的楔角，D为入射激光的光斑直径。

优选的，所述入射激光经过所述衍射轴锥镜和所述倒置望远镜系统之后，无衍射光斑大小

其中，f₁和f₂分别为所述第一聚焦镜和所述第二聚焦镜的焦距。

优选的，所述入射激光经过所述倒置望远镜系统之后，焦深为

其中，f₁和f₂分别为所述第一聚焦镜和所述第二聚焦镜的焦距；n为所述衍射轴锥镜在波长为λ下的折射率，α为衍射轴锥镜的楔角，D为入射激光的光斑直径。

优选的，所述台阶的刻蚀线宽为d，刻蚀深度为h，则h＝λ/2(n-1)，tanα＝h/d；

其中，λ为入射激光的波长，n为所述衍射轴锥镜在波长为λ下的折射率。

一种基于衍射光学元件的长焦深、微小光斑的产生方法，包括：

在衍射轴锥镜上刻蚀多个台阶；

将入射激光入射至刻蚀后的衍射轴锥镜上；

再经过倒置的望远镜系统进行聚焦成像；