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、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)中實現(xiàn)超分辨效應(yīng)，因為一定的旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束經(jīng)過聚焦 后，焦點比同一聚焦系統(tǒng)中線偏振光束聚焦的焦點的橫向光斑?。辉诠?學(xué)焦點區(qū)域光強分布調(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，(參見中國發(fā)明專利"可調(diào)光鑷子的裝置"，專利號
ZL200410053443.3)，該光束聚焦裝置具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點，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)器對入 射光束進(jìn)行相位調(diào)制，無法實現(xiàn)光束偏振調(diào)節(jié)，本質(zhì)上決定此在先技術(shù) 無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)無法實現(xiàn)光束空間濾波功能，降低了系統(tǒng)中光束調(diào)控能力，無法得到 光束頻率信息對焦點區(qū)域性質(zhì)的影響；3)在裝置聚焦光程中，無法對焦 點區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)視，導(dǎo)致聚焦結(jié)果過程不直觀，裝置使用不便利。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對上述在先技術(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，并且耦合有監(jiān)視光路可以對聚焦區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視，使用和 調(diào)節(jié)便利。
本實用新型的技術(shù)解決方案為包括系統(tǒng)光源、擴束準(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與系統(tǒng)光源在光譜分光鏡分光面 上的射入點重合，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)過監(jiān)視分光鏡分光面反射后光束的反向延 長線上。
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系統(tǒng)光源出射光束的透過率大于85% ，
并且對監(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。
本實用新型裝置的工作過程為系統(tǒng)光源發(fā)射出光束依次經(jīng)過同光軸 設(shè)置的擴束準(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。擴束準(zhǔn)直器對系統(tǒng)光源發(fā) 射出光束進(jìn)行括束和整形后，經(jīng)過衰減器對光束振幅參數(shù)進(jìn)行調(diào)解，通 過偏振態(tài)調(diào)節(jié)器對光束偏振態(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)過光學(xué) 空間濾波被出射透鏡準(zhǔn)直后，經(jīng)過光譜分光鏡和物鏡，被物鏡匯聚形成 光學(xué)焦點。監(jiān)視光源光束出射經(jīng)過監(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區(qū)域，焦點區(qū)域反射光依次
4經(jīng)過物鏡、光譜分光鏡、監(jiān)視分光鏡后，被光電成像部件接收，形成焦點區(qū)域光學(xué)像，可對焦點區(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，本實用新型的優(yōu)點
1) 可以實現(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，并且通過光譜分光鏡耦合到聚焦光路上，可以對焦點區(qū)域情況進(jìn)
行監(jiān)視，裝置使用便利。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1， 一種光束聚焦裝置包括系統(tǒng)光源1、擴束準(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分光面上的射入點與系統(tǒng)光源1在光譜分光鏡9分光面上的射入點重合，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)過監(jiān)視分光鏡13分光面反射后光束的反向延長線上。
系統(tǒng)光源1為相干公司生產(chǎn)的氬離子氣體激光器，擴束準(zhǔn)直器2采用伽利略型擴束準(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)。
本實用新型裝置的工作過程為系統(tǒng)光源1發(fā)射出光束依次經(jīng)過同光
軸設(shè)置的擴束準(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。擴束準(zhǔn)直器2對系統(tǒng)光源1發(fā)射出光束進(jìn)行括束和整形后，經(jīng)過衰減器3對光束振幅參數(shù)進(jìn)行調(diào)解，通過偏振態(tài)調(diào)節(jié)器4對光束偏振態(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)過光學(xué)空間濾波被出射透鏡8準(zhǔn)直后，經(jīng)過光譜分光鏡9和物鏡10，被物鏡10匯聚形成光學(xué)焦點。監(jiān)視光源12光束出射經(jīng)過監(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匯聚照明焦點區(qū)域，焦點區(qū)域反射光依次經(jīng)過物鏡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，形成焦點區(qū)域光學(xué)像，可對焦點區(qū)域進(jìn)行觀察監(jiān)視。本實施例調(diào)解使用便利，成功實現(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與系統(tǒng)光源在光譜分光鏡分光面上的射入點重合，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)過監(jiān)視分光鏡分光面反射后光束的反向延長線上。
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 分光鏡的分光面對系統(tǒng)光源出射光束的透過率大于85% ，并且對監(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。
專利摘要本實用新型涉及一種光束聚焦裝置?，F(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)光束振幅、偏振態(tài)和波前相位同時調(diào)解，無光學(xué)空間濾波功能，使用不便利。本實用新型中光源出射光束經(jīng)過衰減器調(diào)節(jié)振幅，通過偏振態(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，并且由兩個共焦放置的透鏡形成頻譜面，通過頻譜面上空間濾波器對光束進(jìn)行光頻信息處理，經(jīng)過物鏡聚焦成焦點，同時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，對焦點區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)視。本實用新型使用便利、調(diào)節(jié)簡單，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G02F1/00GK201331638SQ20092011291
公開日2009年10月21日 申請日期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 申請人:杭州電子科技大學(xué)