一个简单的成像衍射或折射元素——轴棱锥

一个简单的成像衍射或折射元素——轴棱锥

JoséJoaquín Lunazzi and Daniel S.Ferreira Magalhães

Instituto de Física“Gleb Wataghin”

Universidade Estadual de Campinas,Unicamp

13083-970,Campinas,São Paulo,Brasil

在本文1中，我们证明了一个简单的光盘衍射光可用于生成图像的基本属性。我们比较了这个与折射光要素所获得的属性。光盘上的轴棱锥产生的非衍射光束，我们已经表明，图像的聚焦位置是相对衍射光的波长而定，因此它可以作为一个有用的光谱过滤器。

42.30.-d,42.25.Fx,42.30.Kq,42.15.Eq

简介

高品质的摄影作品一直与高品质的折射目标有密切关系。这种传统的看法可能会限制学生的思考能力，成像系统在更广泛的方式，特别是在涉及到的光信息传输能力，即使在对象和图像之间的关系并不简单。如果作出详细的分析，任何光线分布点从一个发光物体[2]产生的可能对的对象的信息。

一个好消色差消球差矫正的目的，是这样一个复杂的模拟组件。新的成像系统可视化的看法的理解可能是由学生感知，如果他们的理解并不限于只复杂和精密的折射系统。对光学元件的特性的知识可以用来确定在非理想成像条件对象的特点。光学的历史证明了较好的成像元件的发展是一个不断演变的过程。作为成像系统的衍射系统的推出，可能导致未来的新的应用。作为一个例子我们可以观察太空望远镜，那里的主要镜头是一个大的衍射元件的发展。根据H.McLeod 定义“轴棱锥是一种将光沿光轴直线传播的光学元件”[345]。据了解，轴棱锥是一种非传统的光学元件，

这不是用于高品质的图像，但它提供了比通常的镜头或目标设定更深的光场。轴棱锥产生了这增强了我们的光学知识6进行多次讨论。由于其有趣的性质，我们已进行了教学实验室的一些实验。在术语“轴棱锥“的定义大约五十年前，对轴棱锥7的产生，我们增强了的光学知识进行多次讨论。

传统上，axicons是利用折射定律的原理由锥形玻璃制成。一个球形或圆锥形折射元件的基本性质可轻易地与国内的酒杯类似。衍射元件可能有相同的属性，一个球面透镜聚焦，球面镜头的聚焦可以表示为Gabor波带片，是一个由

具有固定周期循环元素锥形镜头。一个Gabor 带片（GZP ）有一个经典的费聂耳波带板的几何分布，但由于其等效正弦传输剖面，只有一个收敛和发散的焦点之一。它可以构建由两个相干光干涉共线摄影曝光光束全息光学元件产生（HOE ）。然而，一个固定周期循环元件是不能轻易受到光学的干涉或者构建的，也没有机械的要求每行所需的大量毫米。最接近中可以找到一个光盘（CD ），这与固定周期光学元件。Sochacki 提出了重点之间的计算机生成的统一强度轴棱锥和一个全息菲涅尔透镜单色光下，深入的理论和实验的比较表明，虽然轴棱锥图像不清晰，但它一直在更长的距离的属性。一旦发现，大批的或指向对象的存在可以通过一个纵向距离相当于焦距观察。本文讨论了一个作为光学元件构成白光照明下的图像光盘教学应用的可能性。

说明

折射原理的的焦点深度，可通过简单的实验证明了球面和普通圆锥酒杯装满了水的元件。透明CD 的衍射性质并不清楚。为了促进这一项目提出的衍射成像过程的理解，一个普通的CD 属性，适应透光，提出并证明它代表一个圆锥形的元素。我们描述如下：衍射图案由单色光照下光盘（CD ）或任何种类的螺旋结构是由法拉利8计算产生。该字段的第n th 个焦点是：

)

/'2()/exp()'exp()4/)(4/exp(z),',(r'0022/10)1(0n 22r r J r z n i n i r z i i c E n E n n n πλπθλππθ−≅+−−（1）

max

0min 0)R /n (r z )R /n (r λλ<<（2）

r'和θ'是在观测的平面焦点En 的坐标;Z 是CD 和观察的平面的距离;E 0是准直入射场;R 0是与CD 上的相邻变成径向距离;CN 是一个函数的第n 个组成部分，它刻画了一个CD 的剖面的特点（备注：一贝塞尔函数的n 阶）；ñ是衍射级次，当n=1时；λ为单色光的波长；R min 和R max 分别是CD 的最小和最大半径。在表面的式（2）给出了特定的域，这个域是大小较低的一部部分。这项分析显示了无衍射光束9的长度和波长，是由周期（螺旋槽）和结构的径向尺寸决定。Magalh ães 10提出一个特殊的圆形方法，比上述螺旋曹更容易解释。在许多情况下，圆形的方法可以解释获得的图像与螺旋结构-通常的尺寸比构造时期更大。该设计的目的是了解一束光由此产生的模式如图1所，在下列条件：（一）照明用的一小环的色光光盘，（二）光照与单色光的光盘不同的区域。

对于许多点对象，光在图像的格局预期是从那些在急剧，沿其纵向位置有限

的带宽成像平面相交轴棱锥中心束发散线-对应波长更长的距离更接近轴棱锥;在一些距离，是该中心的多色线衍射成像和更短的波长，站在更远的距离。在图1（c）从所有形成两个非衍射光束光盘，n=1和n=3的单色光（所有其他衍射条也一样）。图1（d）代表着一种非常常见的情况是大家熟悉的小光源时撞击一盘：彩色线从CD或DVD等新兴全视差全息图像和领域。

（a)(b)

(c)(d)

Fig1:(a):polychromatic light from a small annulus of the compact disc(first diffraction order, n=1).(b):monochromatic light from different regions of the disc(first diffraction order,n=1).(c): monochromatic light from all the CD forming two diffraction-free beam,n=1and n=3(all the other diffraction orders are presents too).(d):polychromatic light forming an emerging color line from a CD(all the diffraction orders are presents)