本实用新型专利技术公开了一种能产生长距离Bessel光的光学元件，此光学元件为平面透镜，且此平面透镜的折射率沿径向呈线性梯度变化。折射率沿径向呈线性梯度变化使得平面透镜拥有类似轴棱锥的线聚焦效果，入射光束被线聚焦后便能产生Bessel光束。元件表面是平面更耐磨损，不存在磨损后变成圆顶轴棱锥的问题，折射率与厚度的调制作用将加工要求降到最低；改变材料厚度和变化折射率参数均可以线性变化产生Bessel光束的无衍射距离，调制出不同无衍射距离的Bessel光束。因此，本实用新型专利技术的光学元件是一种产生Bessel光更简单，更具有操作性，更灵活，光束质量更高的光学元件。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种能够产生长距离Bessel光束的光学元件，属于光学传输变 换领域与光学设计领域。
技术介绍
Bessel光束是一种特殊光束，在传输领域中拥有着独特的性质，如中心光斑极小， 中心光强极大，在一定范围内不发散，遇到障碍物会自重建等。Bessel光束的这些特性使 得它在粒子囚禁，光学拉力，光学成像，光学引导，高精度定向或准直等领域获得了应用，对 Bessel光束的研究早已成为光束变换领域中的热点。 轴棱锥是一种圆锥形的轴对称光学元件，因为轴棱锥法产生Bessel光束的操作 性更强、能量转换效率更高、光束质量更好，目前多使用轴棱锥产生Bessel光束，但是，这 种方法对轴棱锥底角的要求较高（一般条件下1°的轴棱锥在4mm孔径下用He-Ne激光仅 能产生24. 4cm的近似Bessel光），由于加工限制，轴棱锥底角很难做得极小（0.5°已经非 常小了），这就限制了 Bessel光束的无衍射距离的增大，在实际应用中（如激光测距）受到 极大限制。再者，轴棱锥的中心锥角极易受到损坏，损坏后变成圆顶轴棱锥，则会降低光束 质量，影响实验效果。因此，设计能产生长距离Bessel光且耐磨损的透镜变得尤其具有实 际意义。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种耐磨损的能产生长距离Bessel光的光学元件。 为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案： -种能产生长距离Bessel光束的光学元件，此光学元件为平面透镜，且此平面透 镜的折射率沿径向呈线性梯度变化。 所述平面透镜为软质的薄膜状。 所述平面透镜为径向梯度折射率材料平面透镜。 采用上述方案后，本技术的一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，由于 元件的折射率线性梯度变化，从不同位置垂直入射，出射光经历的光程不同，平面波垂直入 射后的等相位面为一锥面，这使得本技术的平面透镜的几何模型与传统轴棱锥类似并 且有着相同的线聚焦效果，入射光束被线聚焦后便能产生Bessel光束。元件表面是平面更 耐磨损，不存在磨损后变成圆顶轴棱锥的问题，折射率与厚度的调制作用将加工要求降到 最低；改变材料厚度和变化折射率参数均可以线性变化产生Bessel光束的无衍射距离，调 制出不同无衍射距离的Bessel光束。因此，本技术的光学元件是一种产生Bessel光 更简单，更具有操作性，更灵活，光束质量更高的光学元件。 本技术中的平面透镜为径向梯度折射率材料制成的平面透镜。 进一步地，本技术中的平面透镜可为软质的薄膜状，将折射率线性梯度变化 的薄膜附在光学系统的出射面，出射光即为长距离Bessel光，直接产生Bessel光而不需额 外调制。 另外，本技术的光学元件，可多组叠加（保证中心重合）使用，多组叠加可以 产生不同距离的Bessel光束。使用时，可用折射率变化梯度相同的多组本技术的光学 元件（厚度相同或不相同）进行叠加，也可用折射率变化梯度不同的多组本技术的光 学元件（厚度相同或不相同）进行叠加。【附图说明】 图1为本技术的光学元件的结构示意图； 图2为本技术的光学元件的等折射率面示意图； 图3为本技术的光学元件产生Bessel光的几何分析图； 图4为不同参数的本技术的光学元件组合调制出不同距离的Bessel光的示 意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本技术的光学元件的结构和原理作进一步详细的说明。 本技术的一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，此光学元件为整体呈 柱状结构，入射面与出射面均为平面且相互平行的平面透镜，且此平面透镜的折射率沿径 向呈线性梯度变化。具体地，此平面透镜可采用径向梯度折射率材料制成，文献中提到"利用光 共聚法，除公式（1)折射率分布之外，还能制造具有各种分布曲线的梯度折射率棒。"根据 此文献，径向梯度折射率材料是可以通过光共聚法制备出来。 本技术中，平面透镜的折射率沿径向呈线性梯度变化是指平面透镜中距中心 位置距离相同的地方折射率相同，"径向"指的是折射率分布特性，与外形无关，平面透镜可 以是圆形或非圆形的。 作为一个较佳的实施例，如图1所示，本技术的一种能产生长距离Bessel光 束的光学元件，此光学元件为整体呈圆柱状结构，入射面11与出射面12均为平面且相互平 行的圆形平面透镜100,且此圆形平面透镜100的折射率沿径向线性梯度减小。 如图2所示，圆形平面透镜100的等折射率面13为一沿光轴方向的柱面，圆形平 面透镜100的折射率变化参数为，其中，％为元件中心处折射率，r为距中 心的距离，g为折射率梯度变化系数。 由于圆形平面透镜100的折射率沿径向线性梯度变化，从不同位置垂直入射，出 射光经历的光程不同，平面波垂直入射后的等相位面为一锥面，这使得圆形平面透镜100 的几何模型与传统轴棱锥类似并且有着相同的线聚焦效果。 图3展示了平行光入射圆形平面透镜100的几何分析，棱形区域为Bessel光束的 无衍射范围。本实施例中，圆形平面透镜100厚度均匀，但折射率随距轴心距离的增大线性 减小，导致出射光束的相位改变不同，等相位面向内偏转，产生Besse 1光束。 由几何光学我们得到了元件产生Bessel光束的无衍射范围公式> 其中，R为光束入射半径，D为元件厚度，g为折射率梯度变化系数。由此公式可知，元件厚 度与折射率参数对Bessel光具有相同的调制效果，减小厚度D或折射率参数均能增大无衍 射距离。 本技术的光学元件的振幅透过率为t(r) = exp(_i · k · g · D · r)，其中，i为 虚数，k为入射光束波矢，g为平面透镜折射率梯度变化系数，D为平面透镜厚度，r为距平 面透镜中心的距离。调制平行光产生Bessel光束的无衍射范围是> 当多组本 技术的光学元件相互叠加（保证中心重合）时，由于元件为平面透镜，相互之间可以 紧密连接，其振幅透过率等于每个元件振幅透过率的乘积，叠加时相当于单个元件的参数 (g · D)增大，产生的Bessel光束的无衍射范围相应变小。 使用时，可用折射率变化梯度相同的多组本技术的光学元件（厚度相同或不 相同）进行叠加，也可用折射率变化梯度不同的多组本技术的光学元件（厚度相同或 不相同）进行叠加。如图4所示，本实施例是将两个厚度相同、折射率变化梯度不同的本实 用新型的光学元件相互叠加使用，产生了不同无衍射距离的Bessel光。 本技术的光学元件可为软质的薄膜状，将折射率线性梯度变化的薄膜附在光 学系统的出射面，出射光即为长距离Bessel光，直接产生Bessel光而不需额外调制。【主权项】1. 一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，其特征在于：此光学元件为平面透镜， 且此平面透镜的折射率沿径向呈线性梯度变化。2. 根据权利要求1所述的一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，其特征在于：所 述平面透镜为软质的薄膜状。3. 根据权利要求1或2所述的一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，其特征在 于：所述平面透镜为径向梯度折射率材料平面透镜。【专利摘要】本技术公开了一种能产生长距离Bessel光的光学元件，此光学元件为平面透镜，且此平面透镜的折射率沿径向呈本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能产生长距离Bessel光束的光学元件，其特征在于：此光学元件为平面透镜，且此平面透镜的折射率沿径向呈线性梯度变化。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴逢铁，孙川，何艳林，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：福建;35
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