实现小焦斑长焦深激光焦点的衍射Axicon的设计研究

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焦深是指特定光学系统允许的焦面或像面位置的变化范围,在众多光学调焦系统中都占据极其重要的位置。激光实验和测量中,光束聚焦后的尺寸及焦深是决定实验测量精度的关键。为了提高空间分辨率等测量精度,通常会要求光束聚焦后具有焦斑小的特点。而为了要求在某一段距离内保持小焦斑,就要求在焦斑小的同时达到长焦深的效果。由瑞利准则的公式知道,焦深和分辨率即观测平面的焦斑有着密切的关系,因此,所谓长焦深元件应是在保证一定的分辨率的前提下拉大焦深范围,即焦深范围内焦斑大小恒定。 由于传统Axicon形成的光场分布并不是平顶的,本文设计使用衍射Axicon来实现小焦斑长焦深的光场分布。在菲涅尔衍射积分模型下,提出了一种基于标量衍射理论的Gerchberg-Saxton(GS)算法,并用能量守恒法对GS算法进行了改进,使之克服了GS算法局部偏差过大的缺点。利用以改进的GS算法为内核的串行迭代算法设计衍射Axicon,使之能够在输出光场上形成小焦斑长焦深的激光焦点。 随后,用matlab编制相关程序,分别在三个输出面迭代和五个输出面迭代的前提下实现衍射Axicon的设计。用计算机模拟高斯分布光束作为入射光束时衍射Axicon后的光场分布,得到了较为理想的小焦斑光场分布。满足用衍射Axicon实现小焦斑长焦深激光焦点的设计要求。
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