一种用于实现圆形光束整形为环形光束的方法

摘要

一种用于实现圆形光束整形为环形光束的方法，本发明涉及非成像光学领域，尤其涉及一种用于将圆形光束整形为环形光束的方法。本发明是要解决光学天线造成的能量损耗的问题，而提供了一种用于实现圆形光束整形为环形光束的方法。(1)确定激光器发出的光束各参数；(2)建立坐标系；(3)根据光线追迹建立一一对应关系；(4)计算光线偏角；(5)确定光学整形元件的径向相位分布表达式；(6)确定光学整形元件的径向轮廓；(7)确定光学相位校正元件的径向相位分布表达式；(8)确定光学相位校正元件的径向轮廓。本发明应用于光学领域。

主权项

一种用于实现圆形光束整形为环形光束的方法，其特征在于一种用于实现圆形光束整形为环形光束的方法按以下步骤实现：(1)确定激光器发出的圆形光束的直径D0、环形光束的内环直径D1、环形光束的外环直径D2、光学整形元件与光学相位校正器件的间距L，主镜、次镜的口径分别为d₁、d₂，若卡塞格伦式光学天线的放大倍率为T，则$\left\{\begin{array}{c}D1\le d_1/T\\ D2\ge d_2/T\end{array}\right.$D0为经准直透镜组准直后的光束口径，取L≥2D0；(2)建立坐标系：以准直光束的一个截面作为坐标平面xoy建立直角坐标系，截面中心为坐标原点，准直光束的方向与z轴平行；(3)根据光线追迹建立一一对应关系：P1面上从距离光束中心r₁处发出的光线入射到P2面上距离光束中心r₂处，其中0≤r₁≤D0，D1≤r₂≤D2，且满足几何关系$r_2=D1+\frac{D2-D1}{D0}·r_1$(4)计算光线偏角：由几何关系，可以确定$\sin \theta =\frac{r_2-r_1}{L}$(5)确定光学整形元件的径向相位分布表达式：由光程函数与光线偏角间的关系可以得到$\frac{\mathrm{d\phi }\left(r_1\right)}{d{r}_1}=\sin \theta$对上式积分并得到光学整形元件的径向相位分布；(6)确定光学整形元件的径向轮廓：由相位与元件厚度的关系可以得到光学整形元件径向轮廓$\phi \left(r_1\right)=2\pi ·\frac{n_{1}z\left(r_1\right)}{\lambda }$式中，n₁为光学整形元件的折射率，λ为光束波长，上式积分后得到的轮廓表达式为连续的；(7)确定光学相位校正元件的径向相位分布表达式：由光程函数与光线偏角间的关系可以得到$\frac{\mathrm{d\phi }\left(r_2\right)}{d{r}_2}=-\sin \theta$对上式积分，得到光学相位校正元件的径向相位分布；(8)确定光学相位校正元件的径向轮廓：由相位与元件厚度的关系可以得到光学相位校正元件的径向轮廓$\phi \left(r_2\right)=2\pi ·\frac{n_{2}z\left(r_2\right)}{\lambda }$式中，n₂为光学相位校正元件的折射率，λ为光束波长，上式积分后得到的轮廓表达式为连续的，即完成了利用光线追迹法实现了光学整形元件和光学相位校正元件的设计，实现了圆形光束整形为环形光束。