本發明涉及光學領域，具體是一種產生階數可調的焦散光束的光學系統。

背景技術：

焦散光束也是無衍射光束家族的一員，在傳輸特性方面也具有自重建特性。這種光束在光束的傳輸、大景深成像等方面都存在應用，同時也對Bessel光束在非對稱光學系統的傳輸中具有一定的研究及參考價值，從而受到人們的廣泛關注。2007年，Marcelino小組提出無衍射焦散光束的概念，并指出焦散光束作為無衍射光束的一種，在傳輸特性方面也具有自重建特性；后來利用幾何光學進行解釋，并通過實驗獲得了焦散光束。

目前對于無衍射焦散光束的研究主要是基于零階Bessel光束，而關于高階Bessel光束形成焦散光束的相關研究鮮有報道。零階Bessel光束的中心主光斑是實心亮光斑，而高階Bessel光束的中心主光斑是暗空心光斑。空心光阱比實心光阱有更強更高效的捕獲能力，因此高階Bessel光束在光鑷、光學微粒操控、冷原子的導引和準直中有重要的應用價值。隨著特殊光束的發展，空心光束的生產與應用是一個熱點。因此對于高階焦散光束的產生的研究是非常有必要的。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種產生階數可調的焦散光束的光學系統。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

產生階數可調的焦散光束的光學系統，包括光學平臺，該光學平臺上放置有激光器，沿該激光器的激光光路依次放置準直擴束系統、光闌、螺旋相位板、軸棱錐和柱透鏡；其中，所述柱透鏡與所述軸棱錐之間的距離要小于Bessel光束的最大無衍射距離，此最大無衍射距離其中，r是所述激光器照射在所述軸棱錐上的光束的半徑，n是所述軸棱錐的折射率，γ是所述軸棱錐的底角。

上述激光器為He-Ne激光器。

上述柱透鏡為凸柱透鏡。

采用上述方案后,本發明的光學系統，激光器發出的激光束經準直擴束系統擴束后依次經過光闌和螺旋相位板，產生不同階數的渦旋光束；經過軸棱錐線聚焦，在軸棱錐后面產生不同階數的高階Bessel光束；在經過柱透鏡，產生不同階數的焦散光束。通過改變光束照射在螺旋相位板的不同位置對焦散光束的階數進行精確調制。本光學系統結構簡單，操作簡單且能對焦散光束進行階數上的精準調控等優點；因此，在實際應用中具有廣泛的市場前景。

附圖說明

圖1為本發明光學系統的組成裝置圖；

圖2為本發明光學系統的光路示意圖；

圖3為本發明光學系統的實驗光斑圖。

具體實施方式

為了進一步解釋本發明的技術方案，下面通過具體實施例來對本發明進行詳細闡述。

本發明產生階數可調的焦散光束的光學系統，如圖1所示，包括光學平臺1和分別用固定支架2支撐定位的激光器3、短焦距透鏡4、長焦距透鏡5、光闌6、螺旋相位板7、軸棱錐8、柱透鏡9和CCD成像系統10；其中，激光器3采用He-Ne激光器。柱透鏡9采用凸面型柱透鏡。

光學系統的搭建順序如圖1所示，從左到右依次排列，即，沿該激光器3的激光光路依次放置短焦距透鏡4、長焦距透鏡5、光闌6、螺旋相位板7、軸棱錐8、柱透鏡9和CCD成像系統10。其中，柱透鏡9與軸棱錐8之間的距離要小于Bessel光束的最大無衍射距離，此最大無衍射距離其中，r是所述激光器照射在所述軸棱錐上的光束的半徑，n是所述軸棱錐的折射率，γ是所述軸棱錐的底角。作為一個實施例，柱透鏡9與軸棱錐8之間的較佳距離為350mm。

其中，短焦距透鏡4的焦點和長焦距透鏡5的焦點重合，由短焦距透鏡4和長焦距透鏡5構成一個準直擴束系統，準直擴束系統的放大倍數可以根據需要通過選取不同的透鏡焦距來調節。

工作時，如圖2所示，首先將He-Ne激光器3打開，所產生的激光束經過短焦距透鏡4和長焦距透鏡5準直擴束后，照射在光闌6上產生半徑固定的光源，經過螺旋相位板7后產生不同階數的渦旋光束，并通過軸棱錐8對渦旋光束的線聚焦作用產生不同階數的高階Bessel光束，最后通過柱透鏡9產生所需的焦散光束。可通過改變激光束照射在螺旋相位板7上的不同位置，對渦旋光束的階數進行調制，從而實現對焦散光束的階數控制。

作為一個實施例，選擇短焦距透鏡4的焦距f＝15mm、長焦距透鏡5的焦距f＝190mm，軸棱錐9的底角γ＝1°，軸棱錐8的折射率n＝1.458，柱透鏡9的焦距f＝130mm，并且使得柱透鏡9與軸棱錐8之間的距離為350mm。實驗時，根據圖1的元件順序搭建光學系統。并在柱透鏡9后不同距離處用CCD成像系統10拍攝焦散光束的光強分布，結果如圖3所示，其中，Z為CCD成像系統10與柱透鏡9的距離。

由此，該光學系統將為不同階數焦散光束的獲取打開新的大門，其市場前景也是非常的廣闊的。

上述實施例和圖式并非限定本發明系統的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明系統的專利范疇。