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圆环整形元件
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焦面整形
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产品描述
产品概述
针对一些激光应用需要用到环状激光光斑，本公司设计生产一系列的环状光斑整形期间，常见的有圆形达曼光栅，螺旋相位板，衍射轴锥镜等。
产品介绍
圆形达曼光栅
圆形达曼光栅(Circular Dammann Grating, CDG)将达曼光栅的相位编码思想引入到圆光栅中，从而是圆光栅出射的衍射光场的能量重新分配到几个想要的衍射级次上去。它具有具有环形相位结构的二值化光学器件，可以在夫琅禾费衍射场实现各个衍射次级等光强分布的圆形衍射场，即等强度分布的环形衍射场。因为光学系统大多时候为圆对称的结构，因此，圆环形达曼光栅可以很好地和光学系统地圆形孔径进行匹配，具有广泛地用途。
根据圆形达曼光栅结构形式可分为宽带圆形达曼光栅和窄带圆形达曼光栅。
宽带圆形达曼光栅(连续衍射分布)
圆形达曼光栅的相位结构如下图所示，由圆形二值相位组成，通过调整各个圆环的半径和相位值，实现对初始激光光束的变换和整形。
图、N环二值相位圆形达曼光栅结构(ri(i=1,2,……,N)为各环归一化半径)
此发明设计夫琅禾费衍射场光路结构如下图所示：
图、光路结构图
其中，聚焦镜焦距为f，圆形达曼光栅的二值相位分别为φ0和0，则夫琅禾费衍射场可表示为：
;R为入射光斑半径，也就是圆形达曼光栅调制半径，f为聚焦镜焦距，
为入射光波长，
为目标场横坐标。
在φ0=π的情况下，只需通过优化算法得出[r0,r1,……rN]的各环带归一化半径，则可得到所需变换的目标光栅。但是，此类宽带圆形打满光栅的衍射场是连续的，光栅的结构也是非周期结构，其单位周期为入射光斑的半径。效果图如下如：
图、宽带CDG的径向强度分布
窄带圆形达曼光栅(离散衍射分布)
上述宽带CDG可以实现都等强度宽带圆环分布，但是因其不具有周期结构，其衍射场分布是连续的，无法得到离散的圆环衍射分布。因此，提出一种类似一维达曼光栅周期结构的，具有周期环状结构的窄带圆形达曼光栅，实现脉冲窄带的强度分布，即为离散圆环分布。理想平面波入射情况下，其可实现窄带离散环状分布，如下如所示：
此类窄带离散分布的CDG，发散角可由光栅方程获得。
|
区别 |
宽带达曼光栅 |
窄带达曼光栅 |
|
周期 |
非周期 |
周期结构 |
|
衍射场分布 |
连续 |
离散 |
螺旋相位板
对高斯光束进行螺旋相位调制，产生涡旋光束，结合聚焦镜使用，在焦平面内调制为超几何函数分布，可以实现聚焦圆环的微小光斑。在以确定的光学系统中，聚焦圆环的内外径只和螺旋相位板提供的拓扑荷有关，假设系统衍射极限为DL，则内外径和DL之比与拓扑荷的关系如下表：
|
拓扑荷 |
外径/DL |
内径/DL |
|
1 |
2.0175 |
0.1834 |
|
2 |
3.013 |
0.4978 |
|
3 |
4.114 |
0.812 |
|
4 |
5.266 |
1.127 |
|
5 |
6.472 |
1.415 |
|
6 |
7.73 |
1.7 |
|
7 |
8.93 |
1.965 |
|
8 |
10.19 |
2.28 |
衍射轴锥镜
对于轴锥镜，可基于惠更斯-菲涅尔衍射积分理论推导平行光入射轴锥镜后的光场分布，并且利用稳相法求解，同时采用简单的几何方法给出轴锥镜的最大无衍射传输距离Zmax。在无衍射距离之内，光斑截面强度满足贝塞尔函数分布，在超过无衍射距离之后，光斑则发散为圆环光斑。假设半径为R的平行光入射到楔角为γ的轴锥镜当中，超出无衍射距离之后，其圆环光斑对应的发散角为：
其他
除了以上几种常见的圆环光斑整形器件，本公司还可以为客户定制其他种类的圆环光斑元件，欢迎垂询。
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