[发明专利]一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统

说明书

本发明实施例公开了一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统，该系统包括通过级联方式连接的且调制相位相反的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，并通过改变所述第一衍射光学元件和第二衍射光学元件之间的夹角，获得不同楔角的等效轴锥镜系统，通过对所述第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的调制相位分别进行离散化处理来消除傍生轴锥镜效应，得到唯一的等效轴锥镜系统，成本低、精度高、应用面广。

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，具体涉及一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统。

背景技术

轴锥镜，在光学行业中也被称为衍射轴锥镜，是将高斯光束转换位贝塞尔光束的一类重要的光学元件。而贝塞尔光束，当被外部的透镜聚焦时会形成一个拉上的聚焦区域，可以跳过普通透镜的焦深限制，实现长焦深聚焦。轴锥镜的剖面图如附图1所示，为一等腰三角形，其唯一的定性参数为此等腰三角形的楔角α，对于波长为λ的入射光，经过此轴锥镜后的相位调制函数为：

T(r)＝exp(ikr*tanα)

其中r为距离中心的径向距离，k为波数(k＝2π/λ)，。令a＝k*tanα，则上述调试函数可简化为：

T(r)＝exp(iar) (1)

目前，轴锥镜在加工过程中，有两种实现方式：(1)采用传统的几何光学元件生产的磨抛工艺；(2)采用衍射光学元件(DOE)，对轴锥镜的连续斜面进行台阶多值化拟合，详见专利(ZL 201711132189.X)。然而，这两种轴锥镜的加工方法都有各自明显的优缺点：第一种采用磨抛加工手段，受限于其加工手段，加工精度一般，且对于楔角过大或者过小的情况，加工效果不佳，但得益于其超高的性价比，市面上现在多为此类轴锥镜；第二种采用DOE台阶化拟合，采用半导体光刻刻蚀工艺，加工精度高，定制性强，但是价格昂贵，应用面不广。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统，以解决现有的轴锥镜系统存在的无法兼具高加工精度和低成本，应用面有限的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于级联衍射光学元件的可变楔角轴锥镜系统，所述系统包括通过级联方式连接的且调制相位相反的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，并通过改变所述第一衍射光学元件和第二衍射光学元件之间的夹角，获得不同楔角的等效轴锥镜系统。

进一步地，通过对所述第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的调制相位分别进行离散化处理来消除傍生轴锥镜效应，得到唯一的等效轴锥镜系统。

进一步地，所述第一衍射光学元件的相位调制函数为第二衍射光学元件的相位调制函数为其中，r为径向半径，

为径向的角度，m为一个相位系数，i为虚数单位。

进一步地，在极坐标下，所述第一衍射光学元件的相位调制函数和第二衍射光学元件的相位调制函数分别为：

其中，r为径向半径，为径向的角度；

设所述第一衍射光学元件和第二衍射光学元件之间的夹角为θ，则级联之后的相位调制函数为：

对上式中的进行泰勒展开：

因此：

如果r和在函数φ中相互独立，即：

令则