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锥透镜在光束整形器的应用

作者: 时间:2021-10-21

Axicons,锥透镜,也叫锥镜,通常用于锥透镜光束整形中创建环形光束分布(图1)。锥透镜在各种光束整形中常用于环形强度分布的研究和多种激光应用,如:天文学、医学、生物学、波动光学等。比如通过锥透镜聚焦高斯光束形成的贝塞尔光束,这种光束可以随着距离增加直径而保持光环的宽度,在短距离内几乎没有衍射,在通过障碍物后可以自己复原,广泛应用于科研、测量、校准、精密加工、医疗,尤其是显微镜、光镊和眼睛的激光手术。

1通过轴锥锥创建贝塞尔光束

锥透镜创建的(非衍射)贝塞尔光束,主要由锥透镜的锥角 (α) 定义。因此,对于其在调节光束整形上,有两个较为关注的参数:具有几乎恒定强度分布的长度(a)和环形强度分布场(d)。其中长度(a)取决于轴锥角(α)和直径(Ø EP )入射光束的宽度,而贝塞尔光束的宽度仅由角度调节(图2)。图1展示了Asphericon锥镜中环形光分布(d)的直径,它随着距离(l)的增加而增加。因此,环宽形光束的宽度大约是入射光束直径的一半

2环宽与锥角的依存关系

为了产生准直环形光束,Asphericon的方案通常将锥透镜组合在一起。通过改变两者之间的距离,可以进行各种光束整形以调整准直环形光束直径(图3)。Axicons,锥透镜也可用于激光眼科手术。它们通过调节光束整形成可调节的焦点(图4),在眼科手术中可用于平滑和消融角膜组织。

锥透镜还用于光捕获。环形光束(图5)产生吸引力和排斥力,可以将微粒和细胞捕获并保持在环的中心。在生成贝塞尔光束过程中,如图6Asphericon通过将不同的分束镜与锥镜结合使用进行锥透镜光束整形,调节两者轴孔长度以调整贝塞尔光束的长度和宽度。

锥透镜对于球面透镜的球面像差的缺陷现象有很好的缓解作用。在各种光束整形中,球面像差意味着入射光束的平行光线在通过球面透镜后找不到相同的焦点。锥透镜通过调节光束整形将入射光束修改为环形便可以改善球面透镜的焦距。因为只照射一个环形区域,可以避免球差的影响。


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