一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝置的製作方法
2023-05-18 05:35:01
專利名稱：一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型與光束產生裝置有關，特別是一種偏振分布可調的矢量 光束的產生裝置。主要用於雷射微加工、光學微操縱、光信息存儲、光 與物質相互作用等領域。
背景技術：
在光束偏振態研究中，人們發現偏振態不只局限於我們常見的線偏振、 圓偏振、橢圓偏振，還出現了徑向偏振、方位角偏振、旋轉矢量偏振光
束等。2000年，美國羅徹斯特大學研究中心K.S. Youngworth和T.G. Brown等人在Opt. Express上發表文章，理論上計算了徑向偏振光和方 位角偏振光在高數值孔徑物鏡聚焦下的性質，得到了引人矚目的結果 (K.S. Youngworth and T.G. Brown, Opt. Express 7， 77(2000))。其中徑向 偏振光通過高數值孔徑的透鏡聚焦後可以獲得強的非傳播縱向場分量， 從而形成尖銳的焦點，而方位角偏振光可以通過聚焦獲得中空光場。這 些理論結果引起了光學界的廣泛重視，光學工作者也開始投入大量精力 研究矢量光束，尤其是它的產生方法。2002年以色列科學家Z.Bomzon 等人在Opt. Lett.上發表文章，利用特定結構的隨空間變化的亞波長介電 柵，在10. 6微米波長處獲得了徑向偏振光束和方位角偏振光束兩種特殊 的矢量光束(Z.Bomzonetal, Optics Letters, 27, 285(2002))。 2002年英 國劍橋大學M. Neil等人利用wollaston稜鏡和二元鐵電空間光調製器等 設計了 一個光學系統，不僅獲得了徑向偏振光束和方位角偏振光束而且 得到了偏振態介於二者之間的一系列矢量光束(M. A. A. Neil et al ， Optics Letters, 27， 1929(2002) )。 2005年美國芝加哥大學的K. Toussaint 等人利用特殊設計的主要由兩個衍射光學元件組成的光學系統，生成了 和M. Neil的工作類似矢量光束(K. C. Toussaint et al， Optics Letters, 30， 2846(2005))。 2005年日本東北大學的Sato等人利用圓錐形的Brewster設計雷射諧振腔生成徑向偏振光束。並接著在2006年，又利用 C-切割Nd:YV04晶體的雙折射性質，設計了特殊的雷射諧振腔生成徑向 偏振光束(Y Kozawa and S. Sato, Optics Letters, 30,3063(2005): K. Yonezawa， Y. Kozawa， and S. Sato， Optics Letters, 31， 2151 (2006))。 2007年3月，奧地利因斯布魯克醫科大學的C.Maurer等人在New Jour. Phys.發表文章，利用Wollaston稜鏡和反射式空間光調製器等組成光學 系統生成了拉蓋爾-高斯光束這樣一類特殊的矢量光束(C. Maurer et al， NewJ.Phys. 9， 78 (2007))。在以上所述的研究中，生成的矢量光束偏 振分布不可調，通常為某一種分布狀態，並且在需要生成不同偏振分布 狀態的矢量光束時，必須對光路做出較大的調整，這就增加了生成不同 偏振態的矢量光束的技術難度和試驗操作上的複雜性，不利於矢量光束 獲得更廣泛的應用。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於克服了上述在先技術的不足，提 供一種步驟簡單、實現方便的偏振分布可調的矢量光束的產生裝置。
本實用新型所要解決的技術問題還在於提供一種結構設計合理、部 件少、使用方便、功能易於擴充的偏振分布可調的矢量光束的產生裝置。
本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案提供了偏振分布可 調的矢量光束的產生裝置，其結構特點是包括光源、外反射式圓錐曲 面反射鏡、圓錐曲面偏振器、內反射式圓錐曲面反射鏡，和帶有旋轉移 動部件的兩平行放置的半波片。外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏
振器和內反射式圓錐曲面反射鏡，依次置於光源出射光束光路上；光源
出射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡反射形成有徑向傳播分量和軸向傳
播分量的圓錐面發射光束，圓錐面發射光束光路上置有圓錐曲面偏振器; 內反射式圓錐曲面反射鏡設置在圓錐面發射光束經過圓錐曲面偏振器後 的光路上，圓錐面發射光束被內反射式圓錐曲面反射鏡反射後，形成沿 著系統對稱軸傳播的某種偏振狀態的矢量光束。通過旋轉移動部件調節兩半波片光軸夾角可調節偏振分布。
本實用新型所述的內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面和外反射式圓 錐曲面反射鏡的反射面平行。
本實用新型所述的內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面和外反射式圓
錐曲面反射鏡的反射面均與系統對稱軸夾角不為45。。
本實用新型所述的圓錐曲面偏振器的圓錐曲面法線方向與被外反射 式圓錐曲面反射鏡反射形成的圓錐面發射光束夾角範圍為大於80。，並 且小於或等於90。。
本實用新型所述的外反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的外 反射式圓錐曲面反射鏡，或為反射膜構成的圓錐殼曲面外反射式反射鏡。
本實用新型所述的內反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的內 反射式圓錐曲面反射鏡，或為反射膜構成的圓錐殼曲面內反射式反射鏡。
本實用新型所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或為圓錐曲 面殼式偏振元件。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點和效果本實用新型的偏 振分布可調的矢量光束的產生是利用光束傳播方向改變後經過宏觀光學 部件進行偏振態的調節，具有結構設計合理、部件少、使用方便、功能 易於擴充等優點。
圖1為本實用新型實施例的示意圖。
圖2為本實用新型實施例的一種偏振分布光束示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，以下實施例是
對本實用新型的解釋，是本實用新型的一種應用形式，而本實用新型並 不局限於以下實施例。
圖1為本實用新型實施例的示意圖，其結構特點是包括光源1、外反
6射式圓錐曲面反射鏡3、圓錐面偏振器4、內反射式圓錐曲面反射鏡2 和帶有旋轉移動部件的半波片5和半波片6。外反射式圓錐曲面反射鏡3、 圓錐面偏振器4和內反射式圓錐曲面反射鏡2，沿同一系統對稱軸0"2 依次置於光源1出射光束光路上；光源1出射光束被外反射式圓錐曲面 反射鏡3反射形成有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發射光束， 圓錐面發射光束光路上置有圓錐面偏振器4，圓錐面偏振器4的圓錐曲 面法線方向與圓錐面發射光束夾角為90。；經過圓錐面偏振器4後的圓 錐面發射光束被內反射式圓錐曲面反射鏡2反射後，形成沿著系統對稱 軸OA傳播的一種偏振狀態的矢量光束，依次通過帶有旋轉移動部件的 半波片5和半波片6，通過旋轉移動部件調節半波片5和半波片6的光 軸夾角可以調節矢量偏振光束的偏振方向，所述的內反射式圓錐曲面反 射鏡的反射面和外反射式圓錐曲面反射鏡的反射面平行。
本實施例中內反射式圓錐曲面反射鏡2的反射面和外反射式圓錐曲 面反射鏡3的反射面與系統對稱軸夾角為60° ，外反射式圓錐曲面反射 鏡3為圓錐體鍍反射膜的外反射式圓錐曲面反射鏡，內反射式圓錐曲面 反射鏡2為反射膜構成的圓錐殼曲面內反射式反射鏡，圓錐面偏振器3 為圓錐曲面偏振膜，光源l為圓偏振輸出氣體雷射器。
本實用新型實施例所提供的一種偏振分布可調的矢量光束產生裝 置，其工作過程為光源1沿著系統對稱軸0A向外反射式圓錐曲面反 射鏡3射出光束；入射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡3反射後，形成 有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發射光束；圓錐面發射光束經 過圓錐面偏振器4後，射向內反射式圓錐曲面反射鏡2，被內反射式圓 錐曲面反射鏡2反射，形成沿著系統對稱軸傳播的一種偏振狀態的矢量 光束。通過旋轉移動部件調節半波片5和半波片6的光軸夾角可以調節
矢量偏振光束的偏振方向。
圖2為本實用新型實施例輸出光束的一種偏振態分布示意圖，箭頭 表示偏振方向，本實施例實現了偏振分布可調的矢量光束的產生，並且具有結構設計合理、部件少、使用方便、功能易於擴充等優點。
權利要求1、一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝置，其特徵為a、光源出射光束光路上依次同對稱軸地設置有外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振器、內反射式圓錐曲面反射鏡；b、外反射式圓錐曲面反射鏡圓錐頂點朝向光源光束出射一端設置，光源出射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡反射後，形成圓錐面發射光束；c、內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面與外反射式圓錐曲面反射鏡反射面相互平行設置；圓錐曲面偏振器設置在外反射式圓錐曲面反射鏡和內反射式圓錐曲面反射鏡之間光路上，改變光束偏振態；圓錐面發射光束經過圓錐曲面偏振器後，被內反射式圓錐曲面反射鏡反射後形成沿著系統對稱軸傳播的矢量光束；d、內反射式圓錐曲面反射鏡的光束出射一側光路上設置有兩個半波片，兩個半波片的光學工作面相互平行，兩個半波片的光軸夾角可調節，內反射式圓錐曲面反射鏡反射的矢量光束依次經過兩個半波片形成了偏振分布可調的矢量光束。
2、 根據權利要求1所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面和外反射式圓 錐曲面反射鏡的反射面平行。
3、 根據權利要求1所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面和外反射式圓 錐曲面反射鏡的反射面均與系統對稱軸夾角不為45。。
4、 根據權利要求1所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的圓錐曲面偏振器的圓錐曲面法線方向與被外反射 式圓錐曲面反射鏡反射形成的圓錐面發射光束夾角範圍為大於8(T ，並 且小於或等於90。。
5、 基於權利要求1所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝置，其特徵是包括光源、外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振器 和內反射式圓錐曲面反射鏡，外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振 器和內反射式圓錐曲面反射鏡，帶有旋轉移動部件的兩平行放置的半波 片，對稱地依次置於光源出射光束光路上；光源出射光束被外反射式圓 錐曲面反射鏡反射形成有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發射光 束，圓錐面發射光束光路上置有圓錐曲面偏振器；內反射式圓錐曲面反 射鏡設置在圓錐面發射光束經過圓錐曲面偏振器後的光路上。
6、 根據權利要求5所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的內反射式圓錐曲面反射鏡的反射面和外反射式圓 錐曲面反射鏡的反射面均與系統對稱軸夾角不為45。。
7、 根據權利要求5所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的外反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的外 反射式圓錐曲面反射鏡，或為反射膜構成的圓錐殼曲面外反射式反射鏡。
8、 根據權利要求5所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的內反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的內 反射式圓錐曲面反射鏡，或為反射膜構成的圓錐殼曲面內反射式反射鏡。
9、 根據權利要求5所述的一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝 置，其特徵是所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或為圓錐曲 面殼式偏振元件。
專利摘要本實用新型涉及一種偏振分布可調的矢量光束的產生裝置，整套裝置由同一系統對稱軸置有的光源，以及光源出射光路上依次置有的反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振器和內反射式圓錐曲面反射鏡，帶有旋轉移動部件的兩平行放置的半波片構成。光源出射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡反射後，形成有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發射光束，經過圓錐曲面偏振器改變光束偏振態，被內反射式圓錐曲面反射鏡反射形成某種偏振分布的矢量光束，通過旋轉移動部件調節兩半波片光軸夾角可調節光束的偏振分布。裝置具有結構設計合理、部件少、使用方便等特點。
文檔編號G02B7/182GK201383042SQ20082016597
公開日2010年1月13日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者李勁松 申請人:中國計量學院