一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜，涉及光学透镜。设有凸透镜，凸透镜设有光束输入面和光束输出面，在凸透镜的光束输出面的中心处设有凹腔，凹腔的深度远小于凸透镜中轴线位置的厚度，凹腔的孔径远小于凸透镜的直径，凹腔表面的曲率远大于凸透镜光束输入面的曲率。对平行入射的高斯光束聚焦即可获得环形空心聚焦光束，聚焦光斑可以达到微米级，拥有极高的功率密度和光转换效率，而且减少了光学元件的数量，大幅度降低了环形空心聚焦光束的实际应用成本，有效地简化了系统安装和调试的难度，以适用于一般场合的广阔应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学透镜，具体是涉及一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜。
技术介绍
激光光束具有能量成高斯分布的特性，对激光光束空间整形可以得到环形空心激光光束。环形空心光束的中心光强为零，而且具有自旋角动量和轨道角动量，广泛地应用在机械加工[1,2]、生物学[3]、医学[4]和军事[5]等领域中。聚焦的环形空心光束具有微米级的聚焦光斑和极高的功率密度，可以有效提高环形空心光束的性能，进一步扩大环形空心光束的应用范围，例如可以用于光学粒子操控[6-8]和作为激光泵浦源[9,10]等领域。目前，产生环形空心光束的方法有很多：如几何光学法[11,12]，离轴光纤法[9,10,13]和位相片法[14]等。然而，目前这些方法还存在各自的缺陷：在几何光学法中，需要用到价格高昂的锥透镜对基模高斯光束进行整形；在离轴光纤法中，需要用到多个透镜将光束耦合到光纤中，增加了调试难度，而且光转换效率较低；在位相片法中，位相片相对透镜的位置需要精确设置才能得到理想的环形空心光束。另一方面，目前产生聚焦的环形空心光束的方法局限于利用额外的透镜对已经产生的环形空心光束进行聚焦[9-11,14]，使得聚焦系统复杂、操作困难、精度难以保证。基于此，这些方法都需要不止一个光学元件，且价格不菲，不但存在元件成本高的问题，而且存在系统安装调试难度较大的缺陷，光转换效率也较低，不利于环形空心聚焦光束的实际应用。参考文献：[1]MeierM,RomanoVandFeurerT2007MaterialprocessingwithpulsedradiallyandazimuthallypolarizedlaserradiationAppl.Phys.A-Mater.Sci.Process.86329-34。[2]KrishnanVandBoT2006InterconnectmicroviadrillingwitharadiallypolarizedlaserbeamJ.Micromech.Microeng.162603。[3]GahaganKTandSwartzlanderGA1996OpticalvortextrappingofparticlesOpt.Lett.21827-9。[4]ZuchnerT,FaillaAVandMeixnerAJ2011LightMicroscopywithDoughnutModes:AConcepttoDetect,Characterize,andManipulateIndividualNanoobjectsAngew.Chem.-Int.Edit.505274-93。[5]ZhanQ2009Cylindricalvectorbeams:frommathematicalconceptstoapplicationsAdv.Opt.Photonics11-57。[6]KawauchiH,YonezawaK,KozawaYandSatoS2007CalculationofopticaltrappingforcesonadielectricsphereintherayopticsregimeproducedbyaradiallypolarizedlaserbeamOpt.Lett.321839-41。[7]NovotnyL,BeversluisMR,YoungworthKSandBrownTG2001LongitudinalFieldModesProbedbySingleMoleculesPhys.Rev.Lett.865251-4。[8]WangH,ShiL,LukyanchukB,SheppardCandChongCT2008CreationofaneedleoflongitudinallypolarizedlightinvacuumusingbinaryopticsNat.Photonics2501-5。[9]FangZ,XiaK,YaoYandLiJ2015RadiallypolarizedandpassivelyQ-switchedNd:YAGlaserunderannular-shapedpumpingIEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron.21337-42。[10]FangZ,XiaK,YaoYandLiJ2014RadiallypolarizedLG01-modeNd:YAGlaserwithannularpumpingAppl.Phys.B-LasersOpt.117219-24。[11]WeiMD,LaiYSandChangKC2013GenerationofaradiallypolarizedlaserbeaminasinglemicrochipNd:YVO4laserOpt.Lett.382443-5。[12]ZhangY2008GenerationofthinandhollowbeamsbytheaxiconwithalargeopenangleOpt.Commun.281508-14。[13]LinDandClarksonW2016Reducedthermallensinginanend-pumpedNd:YVO4laserusingaring-shapedpumpbeam.In:CLEO:ScienceandInnovations:OpticalSocietyofAmerica)pSM3M.5。[14]NaidooD,GodinT,FromagerM,CagniotE,PassillyN,ForbesAandK2011TransversemodeselectioninamonolithicmicrochiplaserOpt.Commun.2845475-9。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜。本专利技术设有凸透镜，凸透镜设有光束输入面和光束输出面，在凸透镜的光束输出面的中心处设有凹腔，凹腔的深度远小于凸透镜中轴线位置的厚度，凹腔的孔径远小于凸透镜的直径，凹腔表面的曲率远大于凸透镜光束输入面的曲率。所述凸透镜的剖切面为椭圆形，椭圆的长半轴R1＝5mm，椭圆的短半轴R2＝1.5mm。所述凸透镜可采用常用的光学玻璃材料制成。所述凹腔为半球形，球面半径为R3＝0.5mm，材料折射率为n＝1.68。本专利技术提出一种可以直接产生环形空心聚焦光束的新型透镜，对平行入射的高斯光束聚焦即可获得环形空心聚焦光束，聚焦光斑可以达到微米级，拥有极高的功率密度和光转换效率，而且减少了光学元件的数量，大幅度降低了环形空心聚焦光束的实际应用成本，有效地简化了系统安装和调试的难度，以适用于一般场合的广阔应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出优点：1、通过单一元件即可获得环形空心聚焦光束，元件成本低、结构原理简单、加工简易、转换效率高、光损伤阈值高；2、聚焦的环形空心光斑可以达到微米级，拥有极高的功率密度；3、可以通过设计凹腔的尺寸来调节环形聚焦光斑空心的大小；4.可以通过设计凸透镜的焦距来调节环形聚焦光束焦点的位置。附图说明图1为本专利技术实施例的凸透镜剖切图；图2为本专利技术实施例的凸透镜光路图；图3为输入本专利技术实施例透镜的高斯光束光斑和高斯光束经过本专利技术的透镜后在焦点处本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜，其特征在于设有凸透镜，凸透镜设有光束输入面和光束输出面，在凸透镜的光束输出面的中心处设有凹腔，凹腔的深度远小于凸透镜中轴线位置的厚度，凹腔的孔径远小于凸透镜的直径，凹腔表面的曲率远大于凸透镜光束输入面的曲率。
【技术特征摘要】
1.一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜，其特征在于设有凸透镜，凸透镜设有光束输入面和光束输出面，在凸透镜的光束输出面的中心处设有凹腔，凹腔的深度远小于凸透镜中轴线位置的厚度，凹腔的孔径远小于凸透镜的直径，凹腔表面的曲率远大于凸透镜光束输入面的曲率。2.如权利要求1所述一种直接产生环形空心聚焦光束的透镜，其特征在于所...
【专利技术属性】
技术研发人员：董俊，何宏森，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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