专利名称：一种利用调制多高斯光束叠加产生环形非平顶光束的方法
技术领域：
本发明涉及数字全息术和光束的叠加问题，从而实现产生一种新的环形光束。
背景技术：
光束聚焦问题一直是一个研究热点。一个高度聚焦，半高全宽度很小的光斑在很 多激光应用问题中是具有很大优势的。例如，在激光加工技术中，聚焦越好，光斑越小，加 工精度就越高；在光学数据存储中，激光聚焦越小，则数据存储密度越大；在光镊技术应用 中，同样功率的激光，焦斑越小，捕获力则越大，操控微粒尺寸可以越小。已经证明，光束在聚焦时，光强的径向分布，激光的偏振状态，聚焦物镜的数值孔 径大小决定了光斑的大小[App 1. Opt. ,Vol. 43, No. 22，4322，2004]。研究表明在径向偏振 的激光入射时，数值孔径越大，光斑越小。而在使用环形孔径限制入射激光时，获得的光斑 尺寸可以进一步缩小[Phys. Rev. Lett. Vol.91, No. 23，233901，2003]。但是使用环形孔径 限制入射激光束的同时，也会导致很多实际应用的不方便，而且光能的利用率也受到了限 制。为了克服环形孔径的缺陷，有人设计了二元纯相位环形衍射光学元件。当径向偏振激 光入射时，理论分析显示光斑半高全宽度可以小于半个波长[Nature Photonics, Vol.2, 501-505, 2008] 0最近，报道了一种由多个高斯光束径向叠加构成的环形平顶光束[Chin. Opt. Lett. Vol. 9，No. 1，11402-11405，2010]。环形光束的优点是不需要环形孔径就可以实 现环形照明，而且光能利用率得到了提高。利用径向偏振的环形光束，不需要环形孔径就可 以获得高度聚焦的光斑。该光束的特点是，在环形宽度内，光强分布是均勻的，光束能量没 有最大限度地集中到孔径的边缘部分，因而，物镜聚焦后光斑尺寸还有待于进一步提高。
发明内容
本发明为解决这一问题，提出了一种由径向调制的高斯光束叠加产生径向光强非 均勻分布的环形光束。其光束的数学模型为
权利要求
1. 一种圆对称环形非平顶光束，其特征是径向由(2N+1)个被调制的高斯光束叠加产 生，可以用如下数学表达式表示
2.根据权利要求1所述，单个的被调制高斯光束为
3.根据权利要求1所述，各个被调制高斯光束在径向是相互错开的，其特征是每相邻 的两个被调制高斯光束的强度峰值之间的径向距离为单个未被调制的高斯光束的腰宽。
全文摘要
本发明提出了一种利用调制多高斯光束叠加产生环形非平顶光束的方法，其技术领域涉及激光整形和聚焦。该方法能够解决现有环形光束径向在环的宽度内光强均匀分布，而不利于聚焦光斑尺寸变小的缺点，该光束光强分布特点是越靠近边缘，光强越强，从而获得径向受调制的非平顶环形光束。设计了一个该光束的数学模型。通过该模型，可以利用计算全息方法产生该模型所代表的光束。而且通过调整该模型的参数，可以获得不同调制特点的非平顶环形光束。用显微物镜聚焦径向偏振的非平顶环形光束，可以获得更小的聚焦光斑尺寸。在光学数据存储，光镊操控技术，以及激光加工领域有广泛的应用。
文档编号G02B27/09GK102103264SQ20111002709
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者陈建农 申请人:鲁东大学