一种组合式轴棱锥装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种组合式轴棱锥装置，采用负轴棱锥和正轴棱锥构成组合式轴棱锥装置，并且通过正负轴棱锥间填充介质的更换或正负轴棱锥间距的变化，使传统组合式轴棱锥突破受单轴棱锥底角的限制，产生高质量、长距离的无衍射光束，改变正、负轴棱锥之间的光学介质折射率，即可改变组合式轴棱锥装置的最大无衍射距离，有利于进行无衍射距离等参数的调谐；同时本发明专利技术采用组合式轴棱锥装置有利于降低单个元件的加工难度，从而降低加工成本，扩展了无衍射光束的应用。

A combined type of pyramid device

The invention provides a combined axicon device with negative axicon and positive axicon constitutes a combined axicon device, and through the change of positive and negative axicon is filled between the medium replacement or negative axicon spacing, the traditional combined axicon breakthrough under uniaxial pyramid corners, generate non diffracting beam high the quality of the long distance, change the optical refractive index between positive and negative axicon rate, maximum diffraction free distance change combined axicon device can, for non parametric diffraction distance etc. at the same time tuning; the invention adopts combined axicon device to reduce the processing difficulty of individual components, thereby reducing the the processing cost, expanding the application of non diffraction beam.

【技术实现步骤摘要】
一种组合式轴棱锥装置
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种组合式轴棱锥装置。
技术介绍
轴棱锥(axicon)是McLeod于1954年提出的光学元件，所谓轴棱锥就是可以产生空心激光束的一个折射或衍射成像轴对称光学元件，经过其轴棱锥的光线沿其中心轴会不断扩大，在一定范围内可产生近似的无衍射光束。它在光学领域有着极其重要的应用。现在存在各种各样的轴棱锥，根据作用不同可分为正棱锥和负棱锥。光束通过轴棱锥时，经过反射和透射，光束会聚或者发散，但是共同的一点是它们都是一个圆锥形的透镜，都构成一个圆锥聚焦系统。自Dumin提出无衍射贝塞尔(Bessel)光之后，因为采用轴棱锥产生贝塞尔光束的实验装置比较简单，转换效率也比较高，所以一个比较重要应用就是用它可产生近似无衍射贝塞尔光。但是，由于轴棱锥的锥体结构特性，利用其产生无衍射光束受到轴棱锥底角的限制，要产生高质量、长距离的无衍射光束要求轴棱锥的底角越小越好，这就增加了元件的加工难度，提高加工成本，从而限制了无衍射光束的应用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种组合式轴棱锥装置，在一定程度上实现了平行光束经过组合式轴棱锥获得高质量参数可调的无衍射光束，即将组合轴棱锥浸入折射率相匹配的液体中(液体的折射率必须小于轴棱锥的折射率)通过改变液体的折射率来调节无衍射光束的参数。当液体的折射率接近轴棱锥的折射率时，可以产生焦深很长的无衍射光束。此方法简单易操作，光学元件较少，避免了边缘衍射；且浸入液体的轴棱锥可以调换，大大提高了轴棱锥的利用率，为无衍射光束进一步的工程应用提供了技术支撑。一种组合式轴棱锥装置，包括负轴棱锥2、正轴棱锥4以及位于负轴棱锥2和正轴棱锥4之间、且与负轴棱锥2和正轴棱锥4的形状相匹配的光学介质；所述负轴棱锥2的凹锥面与正轴棱锥4的凸锥面相对；所述负轴棱锥2和正轴棱锥4的折射率均大于光学介质的折射率；其中，如果所述负轴棱锥2与正轴棱锥4材料不相同，则负轴棱锥2的折射率不小于正轴棱锥4的折射率，如果所述负轴棱锥2与正轴棱锥4材料相同，则正轴棱锥4的底角大于负轴棱锥2的底角；其中，正轴棱锥4的底角为凸锥面与底面的夹角，负轴棱锥2的底角为凹锥面与底面的夹角；所述负轴棱锥2的底面作为入射面，正轴棱锥4的底面作为出射面。进一步地，一种组合式轴棱锥装置，还包括镜筒3；所述负轴棱锥2和正轴棱锥4分别固定在镜筒3的两端，且两者之间填充光学介质。进一步地，一种组合式轴棱锥装置，还包括压盖、螺母、密封堵头以及垫片，所述负轴棱锥2和正轴棱锥4通过压盖和螺母分别固定在镜筒3中，且负轴棱锥2和正轴棱锥4与镜筒3的接触面设有垫片，同时镜筒3的筒身上设有开口，并用与开口匹配的密封堵头进行封堵。进一步地，一种组合式轴棱锥装置，还包括镜筒3和滑筒8；所述滑筒8匹配嵌套在镜筒3中，并与镜筒3形成滑动配套；所述负轴棱锥2固定在滑筒8内，正轴棱锥4固定在镜筒3内；所述负轴棱锥2和正轴棱锥4之间填充光学介质。进一步地，一种组合式轴棱锥装置，还包括压盖、螺母、密封堵头以及垫片，所述负轴棱锥2和正轴棱锥4通过压盖和螺母分别固定在滑筒8和镜筒3中；所述负轴棱锥2与滑筒8的接触面、正轴棱锥4与镜筒3的接触面均设有垫片，同时镜筒3的筒身上设有开口，并用与开口匹配的密封堵头进行封堵。进一步地，所述光学介质为折射率匹配液。进一步地，所述光学介质为光胶。进一步地，所述负轴棱锥2和正轴棱锥4的材料均为N-BK7。进一步地，所述负轴棱锥2材料为N-BAK2，所述正轴棱锥4材料为N-BK7。进一步地，所述负棱锥2底角γ1为10°，且负轴棱锥2和正轴棱锥4的底角差为0.1°至1.0°，光学介质的折射率取值区间为1至1.5。有益效果：本专利技术采用负轴棱锥和正轴棱锥构成组合式轴棱锥装置，并且通过正负轴棱锥间填充介质的更换或正负轴棱锥间距的变化，使传统组合式轴棱锥突破受单轴棱锥底角的限制，产生高质量、长距离的无衍射光束，改变正、负轴棱锥之间的光学介质折射率，即可改变组合式轴棱锥装置的最大无衍射距离，有利于进行无衍射距离等参数的调谐；同时本专利技术采用组合式轴棱锥装置有利于降低单个元件的加工难度，从而降低加工成本，扩展了无衍射光束的应用。附图说明图1(a)为本专利技术的负轴棱锥结构示意图；图1(b)为本专利技术的正轴棱锥结构示意图；图2为本专利技术浸液式固定组合轴棱锥装置结构示意图；图3为本专利技术浸液式滑动组合轴棱锥装置结构示意图；图4为本专利技术浸液式固定组合轴棱锥装置三维结构示意图；图5为本专利技术浸液式滑动组合轴棱锥装置三维结构示意图；图6(a)为模拟得到的平面波经负轴棱锥的光线追迹图；图6(b)为模拟得到的平面波经正轴棱锥的光线追迹图；图7为本专利技术设计的浸液式组合轴棱锥结构及光线追迹示意图；图8(a)为同种材料不同锥面底角的组合轴棱锥结构示意图；图8(b)为同锥面底角不同材料的组合轴棱锥结构示意图；1-压盖、2-负轴棱锥、3-镜筒、4-正轴棱锥、5-密封堵头、6-螺母、7-垫片、8-滑筒。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细叙述。实施例一：如图2和图4所示，本实施例的组合式轴棱锥装置结构，包括压盖1、负轴棱锥2、正轴棱锥4、位于负轴棱锥2和正轴棱锥4之间、且与负轴棱锥2和正轴棱锥4的形状相匹配的光学介质、镜筒3、密封堵头5、螺母6以及垫片7；所述负轴棱锥2的凹锥面与正轴棱锥4的凸锥面相对；其中图1(a)为本专利技术的负轴棱锥结构示意图；图1(b)为本专利技术的正轴棱锥结构示意图；所述负轴棱锥2和正轴棱锥4分别固定在镜筒3的两端，且负轴棱锥2和正轴棱锥4与镜筒3的接触面设有垫片7；所述镜筒3中，即负轴棱锥2和正轴棱锥4之间填充光学介质，且筒身上设有开口，并用与开口匹配的密封堵头进行封堵。所述负轴棱锥2通过压盖1和螺母6固定在镜筒3的一端，正轴棱锥4通过压盖1和螺母6固定在镜筒3的另一端。当入射光束半径为10mm，正、负轴棱锥材料均为N-BK7(折射率为1.51509)，负轴棱锥2底角γ1为10°时，最大无衍射距离随n2及正负棱锥底角差γ2-γ1变化情况，负轴棱锥2和正轴棱锥4结构如图1(a)、图1(b)所示。考虑到加工误差，计算中底角差取值区间为0.1°至1.0°，匹配液折射率取值区间为1至1.5。通过分析可以得出，最大无衍射距离随匹配液折射率的增加而增大，随底角差γ2-γ1的增大而减小。当轴棱锥间介质折射率1.458≤n2<1.5，底角差0.1°<γ2-γ1≤0.37°时，最大无衍射距离可达100米以上。实施例二：如图3和图5所示，本实施例的组合式轴棱锥装置结构设计成可滑动式结构，包括压盖1、负轴棱锥2、正轴棱锥4、位于负轴棱锥2和正轴棱锥4之间、且与负轴棱锥2和正轴棱锥4的形状相匹配的光学介质、镜筒3、密封堵头5、螺母6、垫片7以及滑筒8；所述负轴棱锥2的凹锥面与正轴棱锥4的凸锥面相对；其中图1(a)为本专利技术的负轴棱锥结构示意图；图1(b)为本专利技术的正轴棱锥结构示意图；所述滑筒8匹配嵌套在镜筒3中；所述负轴棱锥2固定在滑筒8与镜筒3的嵌套端，正轴棱锥4固定在镜筒3远离所述嵌套端的另一端；所述负轴棱锥2与滑筒8的接触面、正轴棱锥4与镜筒3的接触面均设有垫片7；所述镜筒3中，即负轴棱锥2和正轴棱锥4之间填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式轴棱锥装置，其特征在于，包括负轴棱锥(2)、正轴棱锥(4)以及位于负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)之间、且与负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)的形状相匹配的光学介质；所述负轴棱锥(2)的凹锥面与正轴棱锥(4)的凸锥面相对；所述负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)的折射率均大于光学介质的折射率；其中，如果所述负轴棱锥(2)与正轴棱锥(4)材料不相同，则负轴棱锥(2)的折射率不小于正轴棱锥(4)的折射率，如果所述负轴棱锥(2)与正轴棱锥(4)材料相同，则正轴棱锥(4)的底角大于负轴棱锥(2)的底角；其中，正轴棱锥(4)的底角为凸锥面与底面的夹角，负轴棱锥(2)的底角为凹锥面与底面的夹角；所述负轴棱锥(2)的底面作为入射面，正轴棱锥(4)的底面作为出射面。

【技术特征摘要】
1.一种组合式轴棱锥装置，其特征在于，包括负轴棱锥(2)、正轴棱锥(4)以及位于负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)之间、且与负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)的形状相匹配的光学介质；所述负轴棱锥(2)的凹锥面与正轴棱锥(4)的凸锥面相对；所述负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)的折射率均大于光学介质的折射率；其中，如果所述负轴棱锥(2)与正轴棱锥(4)材料不相同，则负轴棱锥(2)的折射率不小于正轴棱锥(4)的折射率，如果所述负轴棱锥(2)与正轴棱锥(4)材料相同，则正轴棱锥(4)的底角大于负轴棱锥(2)的底角；其中，正轴棱锥(4)的底角为凸锥面与底面的夹角，负轴棱锥(2)的底角为凹锥面与底面的夹角；所述负轴棱锥(2)的底面作为入射面，正轴棱锥(4)的底面作为出射面。2.如权利要求1所述的一种组合式轴棱锥装置，其特征在于，还包括镜筒(3)；所述负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)分别固定在镜筒(3)的两端，且两者之间填充光学介质。3.如权利要求2所述的一种组合式轴棱锥装置，其特征在于，还包括压盖、螺母、密封堵头以及垫片，所述负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)通过压盖和螺母分别固定在镜筒(3)中，且负轴棱锥(2)和正轴棱锥(4)与镜筒(3)的接触面设有垫片，同时镜筒(3)的筒身上设有开口，并用与开口匹配的密封堵头进行封堵。4.如权利要求1所述的一种组合式轴棱锥装置，其特征在于，还包括镜筒(3)和滑筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀军，刘亮，徐红艳，宋镇江，张翠翠，王凯明，石德乐，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37