一种切割组合透镜的制作及使用方法

本发明属于光子晶格，涉及一种切割组合透镜的制作及使用方法。

背景技术：

1、光子微结构的加工技术一直以来都是研究的热点和重点。目前制造光子微结构的工艺包括电子束直接写入、双光子吸收光聚合、胶体自组装等。光感应技术是制造光子微结构的一种方便方法。它使用光学方法，如多光束干涉或投影成像，在光折变材料中光学诱导许多类型的微结构。目前，一维和二维光学诱导光子晶格结构已被广泛报道，并发现了许多有趣的新现象。三维光子晶格结构的折射率分布在所有维度上都是周期性调制的，这意味着三维光子微结构可能具有更好的光波调制特性。然而，目前，通过光学诱导方法在体介质中制备三维光子晶格结构仍然是一个相当大的挑战。

2、申请号201710240504.4的一种制作三维光子晶格或光子准晶的方法，提供了一种制作三维光子晶格或光子准晶结构的装置，该装置从左至右依次设有激光器、扩束镜、中央开孔的多楔面棱镜、光折变材料，激光器、扩束镜、中央开孔的多楔面棱镜、光折变材料设于同一个光轴上。

3、多楔面棱镜进行中央开孔的加工比较困难，制作成本高，且切中央开孔的区域是空气，没有玻璃介质，导致产生的中央光束的强度和相位与周围的围绕光束不一致，发生干涉时中心光束的强度大于周围的干涉光束，且存在一定的相位延迟，这对制作光子晶格结构会带来不利影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术问题，提供一种切割组合透镜的制作及使用方法。

2、一种切割组合透镜,具有相同规格的凸透镜a和凸透镜b，凸透镜a切割为3分镜、4分镜或者5分镜，3分镜有三角空心孔，4分镜有矩形空心孔，5分镜有五角空心孔，分别形成a部件，凸透镜b的中心部位分别形成三角部件、矩形部件及五角部件的凸透镜b部件，凸透镜b部件和a部件拼接在一起，分别构成切割组合透镜ab。

3、三角部件与三角空心孔镶嵌匹配组合，矩形部件与矩形空心孔镶嵌匹配组合，五角部件与五角空心孔镶嵌匹配组合。

4、一种切割组合透镜的制作方法,使用两个具有相同规格的凸透镜a和凸透镜b，经过切割和拼接加工处理，组合出满足多光束干涉需要的切割组合透镜ab。

5、含有以下步骤：将凸透镜a切割为3分镜、4分镜或者5分镜，然后将3分镜、4分镜或者5分镜各自拼接在一起，形成组合透镜a3。

6、将组合透镜a3的中心部分切割，3分镜形成三角空心孔，4分镜形成矩形空心孔，5分镜形成五角空心孔，分别形成a5部件。

7、将凸透镜b的外部切掉，凸透镜b的中心部位形成三角部件、矩形部件及五角部件的凸透镜b2部件。

8、三角部件与三角空心孔镶嵌匹配组合，矩形部件与矩形空心孔镶嵌匹配组合，五角部件与五角空心孔镶嵌匹配组合。

9、将切割后相匹配的凸透镜b2部件和a5部件拼接在一起，分别构成切割组合透镜ab。

10、一种切割组合透镜的使用方法，使用切割组合透镜，产生宽范围的三维晶格型干涉光场，在掺铁铌酸锂li nbo3fe光折变晶体中光学诱导大体积的三维光子晶格结构，由切割组合透镜产生的干涉光场的横截面积约为140mm2，(4+1)平面波干涉的波束配置，(4+1)平面波干涉在不同截面产生的三维晶格光场强度分布的数值模拟结果，系统的光轴方向设置为z轴，在(4+1)平面波干涉的区域中，光场的空间强度分布在所有三个维度上都表现出显著的周期性，用于光学诱导产生三维光子晶格结构。

11、一种切割组合透镜的使用方法，使用单个组件-切割组合透镜产生大面积的(m+1)光束，并辐照linbo3:fe光折变晶体，光学诱导制备三维光子晶格微结构，在通过切割组合透镜进行分割和变换之后，产生(4+1)平面波干涉作为晶格形成光束晶格形成束照射光折变铌酸锂晶体，尺寸为10mm*10mm*5mm，掺杂0.03wt％的fe，并在晶体内诱导三维光子晶格结构。

12、本发明的优点是：克服了传统多光束干涉产生方式普遍存在的系统复杂，难以调节的缺点。所提出的切割组合透镜可以产生大区域的三维干涉光场，用于光诱导制作三维的光子晶格微结构。利用切割组合透镜产生多光束干涉的方法装置结构简单，非常稳定，成本低廉，大大提高了三维光子晶格微结构的制作效率。

13、选取最常用的光学元件—凸透镜，进行切割、组合构成一个能够产生(m+1)平面波干涉的单个元器件。切割组合透镜的使用，避免了传统多光束干涉方法所需的复杂的调节设备，使光子晶格的光诱导制作装置更加的简单、稳固，不依赖于精密复杂的调节系统。切割组合透镜的通光面积大，可产生大面积的多光束干涉，提高光子晶格的制备效率。切割组合透镜具有很大的灵活性，在加工中通过控制切割组合透镜的参数a和焦距f的比值，可以灵活的调节干涉光场的条纹周期大小，从而制作出不同周期尺度的三维光子晶格。切割组合透镜也具有良好的可扩展性，在加工中通过控制切割透镜a的瓣数，可以制作出不同干涉数目的多光束干涉(例如：3+1,4+1,5+1,6+1……)，进而制作出不同晶格类型的三维光子晶格微结构。

14、利用切割组合透镜可以非常方便的实现大面积的三维干涉光场，从而在光折变晶体中光诱导制作出大体积的三维光子晶格微结构。这种方法克服了传统多光束干涉方式普遍存在的系统复杂，难以调节的缺点。所提出的制作装置结构简单，非常稳定，成本低廉，大大提高了三维光子晶格微结构的制作效率。

15、使用单个组件-切割组合透镜来产生大面积的(m+1)光束，射在li nbo3:fe光折变晶体中，光学诱导制备三维光子晶格微观结构。使用平面导波强度成像和远场衍射图来观察和验证晶体中的光学诱导微观结构。这种方法灵活、廉价，并且不需要复杂的调节装置。可以在几乎所有的光学实验室中进行。还具有良好的灵活性和可扩展性。通过适当地设计切割组合透镜，可以方便地制造其他类型的周期性和准周期性三维光子晶格结构。

16、使用常用的凸透镜经过加工制作出切割拼接透镜。透镜是常见的光学元件，对其进行切割、粘接加工相对容易，无需在玻璃元件上钻孔。产生的中央光束通过凸透镜b2组件变为平行光，不会引入额外的相位延迟。每一个干涉光束均通过玻璃组件产生，各干涉光束的光强相等，这对制作光子晶格结构更有利。

技术特征：

1.一种切割组合透镜,其特征在于，具有相同规格的凸透镜a和凸透镜b，凸透镜a切割为3分镜、4分镜或者5分镜，3分镜有三角空心孔，4分镜有矩形空心孔，5分镜有五角空心孔，分别形成a部件，凸透镜b的中心部位分别形成三角部件、矩形部件及五角部件的凸透镜b部件，凸透镜b部件和a部件拼接在一起，分别构成切割组合透镜ab。

2.根据权利要求1所述的一种切割组合透镜，其特征在于，三角部件与三角空心孔镶嵌匹配组合，矩形部件与矩形空心孔镶嵌匹配组合，五角部件与五角空心孔镶嵌匹配组合。

3.一种切割组合透镜的制作方法,使用两个具有相同规格的凸透镜a和凸透镜b，经过切割和拼接加工处理，组合出满足多光束干涉需要的切割组合透镜ab。

4.根据权利要求3所述的一种切割组合透镜的制作方法，其特征在于，含有以下步骤：将凸透镜a切割为3分镜、4分镜或者5分镜，然后将3分镜、4分镜或者5分镜各自拼接在一起，形成组合透镜a3，

5.根据权利要求3所述的一种切割组合透镜的制作方法，其特征在于，还含有以下步骤：分别切割凸透镜a和凸透镜b，并将它们适当组合以形成切割组合透镜,产生(m+1)个平面波干扰，

6.根据权利要求3所述的一种切割组合透镜的制作方法，其特征在于，切割组合透镜的加工步骤，凸透镜a和凸透镜b的规格相同，直径均为60毫米，焦距均为120毫米，这里，参数a＝8.5毫米，b＝12.0毫米，由于切割组合透镜组件的透明面积较大，产生大面积的三维结构光场。

7.一种切割组合透镜的使用方法，其特征在于，使用切割组合透镜，产生宽范围的三维晶格型干涉光场，在掺铁铌酸锂linbo3fe光折变晶体中光学诱导大体积的三维光子晶格结构，由切割组合透镜产生的干涉光场的横截面积约为140mm2，(4+1)平面波干涉的波束配置，(4+1)平面波干涉在不同截面产生的三维晶格光场强度分布的数值模拟结果，系统的光轴方向设置为z轴，在(4+1)平面波干涉的区域中，光场的空间强度分布在所有三个维度上都表现出显著的周期性，用于光学诱导产生三维光子晶格结构。

8.一种切割组合透镜的使用方法，其特征在于，使用单个组件-切割组合透镜产生大面积的(m+1)光束，并辐照linbo3:fe光折变晶体，光学诱导制备三维光子晶格微结构，在通过切割组合透镜进行分割和变换之后，产生(4+1)平面波干涉作为晶格形成光束晶格形成束照射光折变铌酸锂晶体，尺寸为10mm*10mm*5mm，掺杂0.03wt％的fe，并在晶体内诱导三维光子晶格结构。

技术总结
一种切割组合透镜的制作及使用方法，属于光子晶格技术领域。具有相同规格的凸透镜A和凸透镜B，凸透镜A切割为3分镜、4分镜或者5分镜，3分镜有三角空心孔，4分镜有矩形空心孔，5分镜有五角空心孔，分别形成A部件，凸透镜B的中心部位分别形成三角部件、矩形部件及五角部件的凸透镜B部件，凸透镜B部件和A部件拼接在一起，分别构成切割组合透镜AB。使用所设计的切割组合透镜可产生大面积的(M+1)束平面波干涉，并辐照L i NbO3:Fe光折变晶体，光学诱导制备三维光子晶格微结构。

技术研发人员：宋萌,靳文涛,孙瑞,付邵春,刘龙生
受保护的技术使用者：郑州工程技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17