Дифракционный оптический элемент для формирования нерасходящегося светового пятна при плоской поляризации падающего излучения



Дифракционный оптический элемент для формирования нерасходящегося светового пятна при плоской поляризации падающего излучения
Дифракционный оптический элемент для формирования нерасходящегося светового пятна при плоской поляризации падающего излучения

 


Владельцы патента RU 2458372:

Учреждение Российской академии наук Институт систем обработки изображений РАН (ИСОИ РАН) (RU)

Дифракционный оптический элемент представляет собой тонкую пластинку. На одну из поверхностей пластинки нанесен микрорельеф в виде круговой дифракционной решетки с прямоугольным профилем. Период дифракционной решетки близок к длине волны. Дифракционный оптический элемент выполнен из двух секций, расположенных по разные стороны от линии диаметра, перпендикулярной плоскости поляризации. Кольцевые зоны в одной секции имеют сдвиг на половину периода круговой решетки по отношению к кольцевым зонам в другой секции. Технический результат - уменьшение размера светового пятна до субволновых размеров, а также снижение асимметрии пятна. 3 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной оптики, а именно к острой фокусировке когерентного излучения, и может быть использовано для высокоразрешающей оптической записи и сканирующей оптической микроскопии.

Известны дифракционные оптические элементы для генерации нерасходящихся лазерных пучков (см. А.Vasara, J.Turunen, A.Fridberg, "Realization of general nondiffracting beams with computer-generated holograms", JOSA A / vol.6, №11 / November 1989) на основе амплитудных бинарных круговых дифракционных решеток, записанных как с несущей частотой, так и без несущей. Также в данной работе реализован фазовый четырехуровневый элемент.

Бинарные амплитудные элементы обладают низкой энергетической эффективностью в силу амплитудного характера пропускания, а также имеют провал в центральном пике формируемого распределения. Фазовый четырехуровневый элемент имеет более высокую энергетическую эффективность, и провал в центральном пике отсутствует, однако в силу низкой числовой апертуры этого элемента центральный пик достаточно широкий, ширина составляет несколько длин волн.

Наиболее близок по сущности к заявляемому высокоапертурный дифракционный оптический элемент (P.Vahimaa et. al., "Electromagnetic analysis of nonparaxial Bessel beams generated by diffraction axicons", JOSA A / Vol.14, №8 / August 1997), представляющий собой тонкую пластинку на одну из поверхностей которой нанесен микрорельеф в виде круговой дифракционной решетки с прямоугольным профилем и периодом, близким к длине волны.

Такой дифракционный оптический элемент обеспечивает формирование нерасходящегося светового пятна на оптической оси, однако при линейной поляризации падающего излучения уменьшение периода решетки до субволновых размеров не дает уменьшения диаметра сформированного светового пятна, а лишь приводит к появлению асимметрии сформированного пятна.

В основу изобретения поставлена задача уменьшения диаметра нерасходящегося светового пятна до субволновых размеров при линейной поляризации падающего излучения.

Данная задача решается за счет того, что дифракционный оптический элемент для формирования нерасходящегося светового пятна при плоской поляризации падающего света, представляющий собой тонкую пластинку, на одну из поверхностей которой нанесен микрорельеф в виде круговой дифракционной решетки с прямоугольным профилем и периодом, близким к длине волны, выполнен из двух секций, расположенных по разные стороны от линии диаметра, перпендикулярной плоскости поляризации, причем кольцевые зоны в одной секции имеют сдвиг на половину периода круговой решетки по отношению к кольцевым зонам в другой секции.

На фиг.1 представлен общий вид дифракционного оптического элемента в плане,

на фиг.2 - сравнительная схема прохождения излучения и суммирования компонент,

а - прототип, б - предлагаемое изобретение.

На поверхности тонкой пластинки 1 располагаются кольцевые зоны 2. Соседние зоны отличаются по высоте на величину, обеспечивающую сдвиг фаз прошедшего излучения на π/2. Поверхность дифракционного оптического элемента разделена на две секции 3 и 4 линией диаметра. Кольцевые зоны одной секции имеют сдвиг на половину периода круговой решетки по отношению к кольцевым зонам в другой секции. Это означает, что зона, являющаяся выступом в одной секции, переходит во впадину в другой секции. Принцип действия дифракционного оптического элемента основан на фазовом сдвиге излучения, прошедшего через одну секцию, по отношению к излучению, прошедшему через другую секцию. При суммировании первых порядков дифракции излучения, прошедшего через разные секции, такой фазовый сдвиг обеспечивает усиление продольной компоненты электромагнитного излучения при условии перпендикулярности линии раздела секций плоскости поляризации падающего излучения. Продольная компонента электромагнитного поля для высокоапертурных оптических элементов гораздо мощнее и больше локализована на оптической оси, чем поперечные компоненты электромагнитного поля. Таким образом, превалирование продольной компоненты приводит к уменьшению диаметра центрального пятна у высокоапертурных оптических элементов.

Работает дифракционный оптический элемент следующим образом: оптическое излучение с плоским волновым фронтом и линейной поляризацией освещает поверхность тонкой пластинки 1, на которой располагаются кольцевые зоны 2, причем плоскость поляризации излучения перпендикулярна линии раздела секций дифракционного оптического элемента 3 и 4. Из-за сдвига кольцевых зон одной секции дифракционного оптического элемента относительно кольцевых зон другой происходит фазовый сдвиг излучения, прошедшего через одну секцию дифракционного оптического элемента, относительно излучения, прошедшего через другую секцию. Прошедшее через обе секции излучение суммируется вблизи оптической оси таким образом, что в отличие от прототипа происходит усиление продольной компоненты электромагнитного поля и ослабление поперечных компонент. Из фиг.2 понятно, что такое суммирование возможно лишь для плоскополяризованного излучения, причем плоскость поляризации должна быть перпендикулярна линии раздела секций дифракционного оптического элемента, являющегося предлагаемым изобретением.

Как следует из описания предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом обеспечивается уменьшение размера светового пятна на оптической оси до субволновых размеров, а также снижается асимметрия пятна за счет ослабления поперечных компонент электромагнитного поля.

Дифракционный оптический элемент для формирования нерасходящегося светового пятна при плоской поляризации падающего света, представляющий собой тонкую пластинку, на одну из поверхностей которой нанесен микрорельеф в виде круговой дифракционной решетки с прямоугольным профилем и периодом, близким к длине волны, отличающийся тем, что выполнен из двух секций, расположенных по разные стороны от линии диаметра, перпендикулярной плоскости поляризации, причем кольцевые зоны в одной секции имеют сдвиг на половину периода круговой решетки по отношению к кольцевым зонам в другой секции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу управления распределением интенсивности поля волны или волн частично когерентного или некогерентного оптического излучения на конечном расстоянии от его источника или в дальней зоне и устройству, реализующему заявленный способ.

Изобретение относится к световой панели, содержащей источник света и панельный элемент. .

Изобретение относится к световым индикаторам, подсвечиваемым источником света. .

Изобретение относится к области оптических измерений с применением дифракционной оптики и может найти применение при поиске, определении пространственного положения и ориентации группы рассеивающих частиц в различных оптических элементах, а также при получении достоверных измерений пространственно-частотных спектров этих рассеивающих частиц с целью их точной идентификации, повышения точности в определении их размеров и расстояний между ними.

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано для измерения расстояния до излучающего объекта, в частности для определения расстояния до точечного источника света.

Изобретение относится к методам и средствам преобразования оптического излучения для формирования изображения объектов в некогерентном свете. .

Изобретение относится к дифракционной оптике и может быть использовано для фокусировки излучения в кольце при технологических применениях лазеров Устройство выполнено в виде дифракционного оптического элемента, фазовый профиль которого образован изофазными линиями представляющими собой одноили многозаходную спираль.

Способ относится к оптическому приборостроению и касается способа изготовления дифракционных оптических элементов и масок для изготовления фазовых структур. Способ включает нанесение молибденовой пленки толщиной 35-45 нм на поверхность диэлектрической подложки с последующим воздействием на нее сфокусированным лазерным излучением. Плотность мощности лазерного излучения составляет (0,8-1,2)·107 Вт/см2, что обеспечивает полное удаление (абляцию) металлической пленки в зоне воздействия. Технический результат заключается в сокращении количества технологических операций и уменьшении длительности технологического цикла. 2 ил.
Наверх