[发明专利]一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置及方法

权利要求书

1.一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置，其特征在于：所述装置包括脉冲激光器(1)、数字脉冲延时器(2)、D型触发器(3)、第一函数发生器(4)、第二函数发生器(5)以及压电陶瓷圆管(6)。

2.一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：脉冲激光器(1)发射激光脉冲，入射至填充满光学透明液体的压电陶瓷圆管(6)；

S2：使用第一函数发生器(4)对压电陶瓷圆管施加一个正弦射频信号(9)，在压电陶瓷圆管(6)中的光学透明液体会产生驻波，驻波会周期性地改变局部光学透明液体密度，进而改变光学透明液体折射率分布，径向上光学透明液体折射率表现为零阶贝塞尔函数分布，并且和正弦射频信号(9)同步变化；

S3：构建同步电路同步激光脉冲和压电陶瓷圆管的折射率的变化；

S4：通过控制数字脉冲延时器(2)的延时可以使脉冲激光器(1)在压电陶瓷圆管(6)中心折射率变为正最大的时候出光，此时压电陶瓷圆管(6)中心区域的折射率分布近似为自聚焦透镜的折射率分布，进而获得虚拟的自聚焦透镜。

3.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S1中压电陶瓷圆管(6)经过极化后在内外壁上加镀形成内电极和外电极，内电极从一端延展到外壁上，所述内电极与所述外电极在外壁上和另一端的端面形成两个间隙。

4.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S1中激光脉冲竖直入射至压电陶瓷圆管(6)中心处，压电陶瓷圆管(6)为竖直放置，这是为避免横向放置时因为重力导致径向折射率分布不对称。

5.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S1中光学透明液体为硅油，所述硅油的运动粘度为50-150cSt、折射率为1-2、声速为800-1200米/秒。

6.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S2所述的光学透明液体折射率分布在压电陶瓷圆管(6)中心区域为其中n₀为介质的静态折射率，c_s为介质中的声速，ω为驱动信号的频率，r和t分别表示位置和时间，J₀为零阶贝塞尔函数，n_a是与ω、声介质物理特性有关的常数，折射率分布表现为零阶贝塞尔函数，且随时间与驱动信号同步变化。

7.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S3所述的同步电路由第一函数发生器(4)、第二函数发生器(5)、数字脉冲延时器(2)、D型触发器(3)构成，使用第一函数发生器(4)输出正弦射频信号(9)驱动压电陶瓷圆管(6)，正弦射频信号(9)的同步信号(10)接入D型触发器(3)的时钟端，第二函数发生器(5)输出TTL方波信号接入D型触发器(3)的D端；

根据D型触发器(3)的特征方程，只有在同步信号(10)上升沿时，D型触发器(3)才被触发，输出信号等于输入信号；D型触发器(3)的输出端接入数字脉冲延时器(2)，数字脉冲延时器(2)输出端用于触发脉冲激光器(1)；

通过调节数字脉冲延时器(2)的延时可以使脉冲激光器(1)与压电陶瓷圆管(6)正弦驱动信号同步(10)。

8.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其特征在于S4中通过控制数字脉冲延时器(2)的延时可以使脉冲激光器(1)在压电陶瓷圆管(6)中心折射率变化为正最大的时候出光在傍轴附近获得自聚焦透镜折射率分布；傍轴区域定义为零阶贝塞尔分布第一个波谷处到中心的区域，大小为对压电陶瓷圆管径向折射率分布n(r,t)展开并保留前两项，在傍轴附近得到傍轴附近可以认为等效为一个折射率透镜，当傍轴区域折射率变化到最大时，此时折射率分布表现为和自聚焦透镜相似的折射率分布。