衍射轴棱锥的设计与制造技术研究

发布时间：2020-06-12 21:28

【摘要】：无衍射贝塞尔光束具有中心光斑尺寸小、在传播方向上不发散等光学特性,这些特性使其在光镊、非线性光学、激光准直等领域得到广泛关注。虽然传统折射轴棱锥能产生无衍射贝塞尔光束,但是衍射轴棱锥与传统折射轴棱锥相比同样可以产生无衍射贝塞尔光束,且具有小型化、轻量化、可集成化等优点。本文基于传统折射轴棱锥设计分析衍射轴棱锥,并对衍射轴棱锥进行了加工与检测。首先,根据传统折射轴棱锥的位相函数,通过位相压缩得到最大位相调制为2π的衍射轴棱锥,基于角谱衍射理论,建立平行高斯光束入射衍射轴棱锥的理论分析模型。详细分析了周期宽度以及入射光的束腰半径和波长对衍射轴棱锥光强分布的影响。结果表明,衍射轴棱锥的周期宽度越大无衍射贝塞尔光束中心光斑半径和最大无衍射距离越大,入射光束束腰半径越大最大无衍射距离越大,最大无衍射距离随入射光波长的增加而减小。其次,基于衍射轴棱锥的位相函数,设计了螺旋轴棱锥和轴棱锥阵列两种光学元件,建立了理论分析模型,分析了二者在单色高斯光束入射下的衍射光强分布。结果表明,螺旋轴棱锥产生贝塞尔光束的阶数与其拓扑电荷数相同,轴棱锥阵列可以产生阵列无衍射贝塞尔光束。最后,利用单点金刚石超精密车床对所设计的衍射轴棱锥进行车削加工,通过探针式轮廓仪和白光干涉仪对衍射轴棱锥的表面轮廓以及表面粗糙度进行检测,检测结果表明,加工的表面轮廓与设计值基本吻合,表面粗糙度控制在4nm以内,验证了加工参数设置和刀具参数选择的合理性。
【图文】：

示意图,棱锥,结构示意图

光学系统的设计都趋向于小型化，并来越高，但是传统折射轴棱锥体积大质量大。而本小型化、易加工等优点。并且，单点金刚石车削不要求，被广泛的应用于光学零件的超精密加工。光善，使衍射轴棱锥得到了更为深入的研究。现状究现状将入射的平行光束转变成无衍射贝塞尔光束的一种光尔光束的方法与环缝-透镜系统和透镜轴棱锥系统等法相比，应用轴棱锥产生无衍射贝塞尔光束是最为简的组合还可以被用于产生环形光束。图 1.3 为平行光示意图，其中γ 是轴棱锥的底角，maxZ 是最大无衍形区域为无衍射区域。

示意图,操纵系统,光路,棱锥

早是在 1954 年被 John H.Mcleod 正式提出的[9]，他首次指以代替传统的球面透镜应用于望远镜系统中，轴棱锥发展至今有着非常广泛的应用，轴棱锥可以产生无衍射贝塞尔光束这一明、光学相干、光学微操纵等领域发挥着重要的作用[10-13]，，如棱锥应用在光学微操纵系统中。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436.1

【参考文献】