生成长距离近似无衍射光束的凹锥透镜

简介：
本研究介绍了一种用于生成长距离近似无衍射光束的凹锥透镜设计方法。通过优化几何参数，该透镜能够有效产生稳定且具有远场应用潜力的高斯光束。 设计了一种新型光学元件——凹锥透镜，该透镜通过将传统轴棱锥的底面磨削成凹球面来产生长距离近似无衍射光束。采用几何光学理论分析了其工作原理，并推导出凹锥透镜的振幅透射率函数。进一步利用衍射理论和模拟方法研究了平面波经过该元件后的光强分布特性。 研究表明，相较于传统轴棱锥，在选择合适的曲率半径时，凹锥透镜能够产生发散角小且沿轴向强度均匀分布的长距离近似无衍射光束。具体而言，当折射率为1.51509、底角度数为10°以及曲率半径为75毫米的情况下，若入射光束直径为20毫米，则凹锥透镜可产生最大471.220毫米的无衍射距离；相比之下，在相同条件下传统轴棱锥只能生成约111.235毫米的最大无衍射距离。由此可见，使用凹锥透镜可以显著增加近似无衍射光束的有效传播长度达359.985毫米。