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一種光束聚焦裝置的制作方法

文檔序號(hào):2747753閱讀:212來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種光束聚焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種光束聚焦裝置,特別是--種多參數(shù)調(diào)節(jié)光束聚焦裝置。主要用于光儲(chǔ)存、光學(xué)顯微、光刻、超分 辨等領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)中的焦點(diǎn)區(qū)域光學(xué)特性研究和調(diào)節(jié)規(guī)律探索。 技術(shù)背景
參數(shù)調(diào)節(jié)光束聚焦裝置可廣泛應(yīng)用到光信息存儲(chǔ)、光學(xué)顯微、平版 印刷術(shù),激光加工、光學(xué)微操縱、超分辨、光與物質(zhì)相互作用等光學(xué)系 統(tǒng)。例如,對(duì)光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)節(jié)形成旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束,可應(yīng)用于光 學(xué)顯微系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng),因?yàn)橐欢ǖ男D(zhuǎn)矢量偏振光束經(jīng)過(guò)聚焦 后,焦點(diǎn)比同一聚焦系統(tǒng)中線偏振光束聚焦的焦點(diǎn)的橫向光斑??;在光 學(xué)焦點(diǎn)區(qū)域光強(qiáng)分布調(diào)節(jié)裝置中,研究波前相位調(diào)節(jié)技術(shù),可以得到波 前編碼對(duì)聚焦光學(xué)系統(tǒng)焦深拓展的影響規(guī)律,應(yīng)用到光存儲(chǔ)技術(shù)中降低 系統(tǒng)伺服難度,'或應(yīng)用到光學(xué)照相系統(tǒng)中提高景深。在先技術(shù)中有一種 光束聚焦裝置,(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利"可調(diào)光鑷子的裝置",專利號(hào)
ZL200410053443.3),該光束聚焦裝置具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn),但是,仍然存在 一些本質(zhì)不足,主要為1)此裝置利用可控三區(qū)域同心相位調(diào)節(jié)器對(duì)入 射光束進(jìn)行相位調(diào)制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)光束偏振調(diào)節(jié),本質(zhì)上決定此在先技術(shù) 無(wú)法研究和利用光束偏振聚焦特性,進(jìn)而也限制了應(yīng)用范圍;2)在先技 術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)光束空間濾波功能,降低了系統(tǒng)中光束調(diào)控能力,無(wú)法得到 光束頻率信息對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域性質(zhì)的影響;3)在裝置聚焦光程中,無(wú)法對(duì)焦 點(diǎn)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)視,導(dǎo)致聚焦結(jié)果過(guò)程不直觀,裝置使用不便利。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述在先技術(shù)的不足,提供一種光束聚 焦裝置,具有可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)空間濾波功能,調(diào)節(jié)光束振幅、偏振態(tài)和波 前相位等特點(diǎn),并且耦合有監(jiān)視光路可以對(duì)聚焦區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視,使用和 調(diào)節(jié)便利。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為包括系統(tǒng)光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、衰減 器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、入射透鏡、空間濾波器、出射透鏡、 光譜分光鏡、物鏡、相位調(diào)節(jié)器控制部件、監(jiān)視光源、監(jiān)視分光鏡和光 電成像部件。擴(kuò)束準(zhǔn)直器、衰減器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、入射
3透鏡、空間濾波器、出射透鏡、光譜分光鏡、物鏡同光軸依次設(shè)置在系 統(tǒng)光源的出射光路上,擴(kuò)束準(zhǔn)直器中透鏡的主平面、衰減器的平面、相 位調(diào)節(jié)器的平面、入射透鏡的主平面、空間濾波器的平面、出射透鏡的 主平面、物鏡的主平面均與系統(tǒng)光源的出射光路垂直。入射透鏡與出射 透鏡的間距為入射透鏡焦距和出射透鏡焦距之和,空間濾波器設(shè)置在入 射透鏡和出射透鏡之間的頻譜面上。相位調(diào)節(jié)器控制部件與相位調(diào)節(jié)器 通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。監(jiān)視分光鏡設(shè)置在監(jiān)視光源的出射光束光路上,監(jiān)視 光源的出射光束經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡的分光面反射后射入光譜分光鏡的分光 面,其在光譜分光鏡分光面上的射入點(diǎn)與系統(tǒng)光源在光譜分光鏡分光面 上的射入點(diǎn)重合,并且光譜分光鏡的分光面設(shè)置在監(jiān)視光源經(jīng)過(guò)監(jiān)視分 光鏡分光面反射后的光束的光路與系統(tǒng)光源出射光路的角平分線上。光 電成像部件設(shè)置在監(jiān)視光源經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡分光面反射后光束的反向延 長(zhǎng)線上。
所述的系統(tǒng)光源為半導(dǎo)體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體 激光器中的一種。
所述光譜分光鏡的分光面對(duì)系統(tǒng)光源出射光束的透過(guò)率大于85% ,
并且對(duì)監(jiān)視光源出射光束的反射率的大于85% 。
所述的偏振態(tài)調(diào)節(jié)器為液晶型偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、反射式偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、 微光柵偏振態(tài)調(diào)節(jié)器中的一種。
所述的相位調(diào)節(jié)器為全息光學(xué)相位調(diào)節(jié)器、液晶型相位調(diào)節(jié)器、可 編程純相位調(diào)節(jié)器中的一種。
所述的光電成像部件為面陣電荷耦合器件、面陣互補(bǔ)型金屬氧物半 導(dǎo)體晶體管、光學(xué)微通道板器件中的一種。
本實(shí)用新型裝置的工作過(guò)程為系統(tǒng)光源發(fā)射出光束依次經(jīng)過(guò)同光軸 設(shè)置的擴(kuò)束準(zhǔn)直器、衰減器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、入射透鏡、 空間濾波器、出射透鏡、光譜分光鏡、物鏡。擴(kuò)束準(zhǔn)直器對(duì)系統(tǒng)光源發(fā) 射出光束進(jìn)行括束和整形后,經(jīng)過(guò)衰減器對(duì)光束振幅參數(shù)進(jìn)行調(diào)解,通 過(guò)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器對(duì)光束偏振態(tài)分布進(jìn)行控制后射向相位調(diào)節(jié)器。相位調(diào) 節(jié)器控制部件控制相位調(diào)節(jié)器對(duì)入射光束波前相位分布進(jìn)行調(diào)控,形成 所需研究的光束振幅、偏振態(tài)和波前相位分布的光束,光束經(jīng)過(guò)入射透 鏡匯聚形成光學(xué)頻譜面,被頻譜面上設(shè)置的空間濾波器濾波,經(jīng)過(guò)光學(xué) 空間濾波被出射透鏡準(zhǔn)直后,經(jīng)過(guò)光譜分光鏡和物鏡,被物鏡匯聚形成 光學(xué)焦點(diǎn)。監(jiān)視光源光束出射經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡反射后射向光譜分光鏡, 被光譜分光鏡反射后,被物鏡匯聚照明焦點(diǎn)區(qū)域,焦點(diǎn)區(qū)域反射光依次
4經(jīng)過(guò)物鏡、光譜分光鏡、監(jiān)視分光鏡后,被光電成像部件接收,形成焦點(diǎn)區(qū)域光學(xué)像,可對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行觀察監(jiān)視,便于裝置調(diào)解使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)
1) 可以實(shí)現(xiàn)聚焦光學(xué)系統(tǒng)的入射光束的光束振幅、偏振態(tài)和波前相位多參數(shù)調(diào)解;
2) 能夠?qū)馐M(jìn)行信息光學(xué)的空間濾波處理,研究空間濾波對(duì)聚焦特性影響;
3) 裝置中存在由監(jiān)視光源、監(jiān)視分光鏡和光電成像部件構(gòu)成的監(jiān)視
光路,并且通過(guò)光譜分光鏡耦合到聚焦光路上,可以對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域情況進(jìn)
行監(jiān)視,裝置使用便利。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1, 一種光束聚焦裝置包括系統(tǒng)光源1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、衰減器3、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4、相位調(diào)節(jié)器5、入射透鏡6、空間濾波器7、出射透鏡8、光譜分光鏡9、物鏡10、相位調(diào)節(jié)器控制部件11、監(jiān)視光源12、監(jiān)視分光鏡13和光電成像部件14。擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、衰減器3、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4、相位調(diào)節(jié)器5、入射透鏡6、空間濾波器7、出射透鏡8、光譜分光鏡9、物鏡10同光軸依次設(shè)置在系統(tǒng)光源1的出射光路上,擴(kuò)束準(zhǔn)直器2中透鏡的主平面、衰減器3的平面、相位調(diào)節(jié)器5的平面、入射透鏡6的主平面、空間濾波器7的平面、出射透鏡8的主平面、物鏡10的主平面均與系統(tǒng)光源1的出射光路垂直。入射透鏡6與出射透鏡8的間距為入射透鏡6焦距和出射透鏡8焦距之和,空間濾波器7設(shè)置在入射透鏡6和出射透鏡8之間的頻譜面上。相位調(diào)節(jié)器控制部件11與相位調(diào)節(jié)器5通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。監(jiān)視分光鏡13設(shè)置在監(jiān)視光源12的出射光束光路上,監(jiān)視光源12的出射光束經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡13的分光面反射后射入光譜分光鏡9的分光面,其在光譜分光鏡9分光面上的射入點(diǎn)與系統(tǒng)光源1在光譜分光鏡9分光面上的射入點(diǎn)重合,并且光譜分光鏡9的分光面設(shè)置在監(jiān)視光源12經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡13分光面反射后的光束的光路與系統(tǒng)光源1出射光路的角平分線上。光電成像部件14設(shè)置在監(jiān)視光源12經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡13分光面反射后光束的反向延長(zhǎng)線上。
系統(tǒng)光源1為相干公司生產(chǎn)的氬離子氣體激光器,擴(kuò)束準(zhǔn)直器2采用伽利略型擴(kuò)束準(zhǔn)直器,監(jiān)視光源12為寬譜白光光源,偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4為反射式偏振態(tài)調(diào)節(jié)器,相位調(diào)節(jié)器5為液晶型相位調(diào)節(jié)器,光電成像
部件14為基于面陣電荷耦合器攝像系統(tǒng)。
本實(shí)用新型裝置的工作過(guò)程為系統(tǒng)光源1發(fā)射出光束依次經(jīng)過(guò)同光
軸設(shè)置的擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、衰減器3、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4、相位調(diào)節(jié)器5、入射透鏡6、空間濾波器7、出射透鏡8、光譜分光鏡9、物鏡IO。擴(kuò)束準(zhǔn)直器2對(duì)系統(tǒng)光源1發(fā)射出光束進(jìn)行括束和整形后,經(jīng)過(guò)衰減器3對(duì)光束振幅參數(shù)進(jìn)行調(diào)解,通過(guò)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4對(duì)光束偏振態(tài)分布進(jìn)行控制后射向相位調(diào)節(jié)器5。相位調(diào)節(jié)器控制部件11控制相位調(diào)節(jié)器5對(duì)入射光束波前相位分布進(jìn)行調(diào)控,形成所需研究的光束振幅、偏振態(tài)和波前相位分布的光束,光束經(jīng)過(guò)入射透鏡6匯聚形成光學(xué)頻譜面,被頻譜面上設(shè)置的空間濾波器7濾波,經(jīng)過(guò)光學(xué)空間濾波被出射透鏡8準(zhǔn)直后,經(jīng)過(guò)光譜分光鏡9和物鏡10,被物鏡10匯聚形成光學(xué)焦點(diǎn)。監(jiān)視光源12光束出射經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡13反射后射向光譜分光鏡9,被光譜分光鏡9反射后,被物鏡10匯聚照明焦點(diǎn)區(qū)域,焦點(diǎn)區(qū)域反射光依次經(jīng)過(guò)物鏡10、光譜分光鏡9、監(jiān)視分光鏡13后,被光電成像部件14接收,形成焦點(diǎn)區(qū)域光學(xué)像,可對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行觀察監(jiān)視。本實(shí)施例調(diào)解使用便利,成功實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)調(diào)節(jié)光束聚焦。
權(quán)利要求1、一種光束聚焦裝置,包括系統(tǒng)光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、衰減器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、入射透鏡、空間濾波器、出射透鏡、光譜分光鏡、物鏡、相位調(diào)節(jié)器控制部件、監(jiān)視光源、監(jiān)視分光鏡和光電成像部件,其特征在于擴(kuò)束準(zhǔn)直器、衰減器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、相位調(diào)節(jié)器、入射透鏡、空間濾波器、出射透鏡、光譜分光鏡、物鏡同光軸依次設(shè)置在系統(tǒng)光源的出射光路上,擴(kuò)束準(zhǔn)直器中透鏡的主平面、衰減器的平面、相位調(diào)節(jié)器的平面、入射透鏡的主平面、空間濾波器的平面、出射透鏡的主平面、物鏡的主平面均與系統(tǒng)光源的出射光路垂直;入射透鏡與出射透鏡的間距為入射透鏡焦距和出射透鏡焦距之和,空間濾波器設(shè)置在入射透鏡和出射透鏡之間的頻譜面上,相位調(diào)節(jié)器控制部件與相位調(diào)節(jié)器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接;監(jiān)視分光鏡設(shè)置在監(jiān)視光源的出射光束光路上,監(jiān)視光源的出射光束經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡的分光面反射后射入光譜分光鏡的分光面,其在光譜分光鏡分光面上的射入點(diǎn)與系統(tǒng)光源在光譜分光鏡分光面上的射入點(diǎn)重合,并且光譜分光鏡的分光面設(shè)置在監(jiān)視光源經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡分光面反射后的光束的光路與系統(tǒng)光源出射光路的角平分線上;光電成像部件設(shè)置在監(jiān)視光源經(jīng)過(guò)監(jiān)視分光鏡分光面反射后光束的反向延長(zhǎng)線上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種光束聚焦裝置,其特征在于所述的系 統(tǒng)光源為半導(dǎo)體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器中的一 種。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種光束聚焦裝置,其特征在于所述光譜 分光鏡的分光面對(duì)系統(tǒng)光源出射光束的透過(guò)率大于85% ,并且對(duì)監(jiān)視光 源出射光束的反射率的大于85 % 。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種光束聚焦裝置,其特征在于所述的偏 振態(tài)調(diào)節(jié)器為液晶型偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、反射式偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、微光柵偏振態(tài) 調(diào)節(jié)器中的一種。
5、 如權(quán)利要求l所述的一種光束聚焦裝置,其特征在于所述的相位調(diào)節(jié)器為全息光學(xué)相位調(diào)節(jié)器、液晶型相位調(diào)節(jié)器、可編程純相位調(diào)節(jié) 器中的一種。
6、 如權(quán)利要求1所述的--種光束聚焦裝置,其特征在于所述的光電成像部件為面陣電荷耦合器件、面陣互補(bǔ)型金屬氧物半導(dǎo)體晶體管、光 學(xué)微通道板器件中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光束聚焦裝置?,F(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)光束振幅、偏振態(tài)和波前相位同時(shí)調(diào)解,無(wú)光學(xué)空間濾波功能,使用不便利。本實(shí)用新型中光源出射光束經(jīng)過(guò)衰減器調(diào)節(jié)振幅,通過(guò)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)光束偏振態(tài)分布,利用相位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)波前相位分布,并且由兩個(gè)共焦放置的透鏡形成頻譜面,通過(guò)頻譜面上空間濾波器對(duì)光束進(jìn)行光頻信息處理,經(jīng)過(guò)物鏡聚焦成焦點(diǎn),同時(shí)利用光譜分光鏡將由監(jiān)視光源、監(jiān)視分光鏡和光電成像部件構(gòu)成的監(jiān)視光路耦合到聚焦光路上,對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)視。本實(shí)用新型使用便利、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,是具有監(jiān)視光路的振幅、相位、偏振、頻譜信息多參數(shù)可調(diào)的聚焦裝置。
文檔編號(hào)G02F1/00GK201331638SQ20092011291
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者健 王, 郭舒文, 高秀敏 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)
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