專利名稱：一種合成矢量光束的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種線偏振光的合成，特別是涉及一種通過對兩束橢圓偏振光的干涉，從而在干涉視場中得到線偏振光的一種合成矢量光束的裝置。

背景技術(shù)：
直線偏振光通過旋光物質(zhì)的時候，會發(fā)生旋光的現(xiàn)象，使原直線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因必須從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)上去解釋，但是菲涅耳根據(jù)振動中的一個原理，即任何一個直線簡諧振動可以看作是兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的同頻率的圓周運動的組合，認(rèn)為沿晶體光軸方向傳播的直線偏振光也可看作是由兩個同頻率，旋向相反的圓偏振光組成，在旋光物質(zhì)中，這兩個圓偏振光有不同的傳播速度，從而導(dǎo)致了旋光現(xiàn)象的產(chǎn)生。
要使兩束旋向不同的圓偏振光可以合成為i方向的直線偏振光，必須使這兩束旋向相反的圓偏振光的j方向(與i方向垂直)的分量相消，而兩束光相消的情況只有滿足干涉條件的時候才能夠達(dá)到，因此，可以合成線偏振光的條件就是光的干涉條件。
圓偏振光可以認(rèn)為是一束i方向的線偏振光與一束j方向的線偏振光的合成，我們知道，兩束光必須有同一方向上的分量，才可能會合成(干涉)，即兩束圓偏振光合成(干涉)時，只要分別單獨考慮i方向以及j方向上的合成即可。
在實驗中，由于光在反射、透射后會發(fā)生偏振態(tài)的改變，因此，很難獲得標(biāo)準(zhǔn)的圓偏振光。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過對兩束橢圓偏振光的干涉，從而在干涉視場中得到線偏振光的一種合成矢量光束的裝置。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種合成矢量光束的裝置，包括有激光器，在激光發(fā)生器發(fā)出的直線光路上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片、1/4波片以及第一半透半反透鏡；在經(jīng)第一半透半反透鏡透射的第一透射光路上設(shè)置有第一反射鏡，在經(jīng)第一半透半反透鏡反射的第一反射光路上設(shè)置有第二反射鏡；在經(jīng)第一反射鏡反射的第二反射光路上由上至下依次設(shè)置有1/2波片和第二半透半反透鏡，所述的第一反射光路經(jīng)第二反射鏡反射形成第三反射光路；所述的第二反射光路經(jīng)波片后被第二半透半反透鏡反射，所述的第三反射光路被第二半透半反透鏡透射，所述的經(jīng)第二半透半反透鏡的透射光路和反射光路重合為光路，并在重合的光路上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡和第二偏振片。
所述的第一半透半反透鏡和第二半透半反透鏡均為55的半透半反透鏡。
所述的第一反射鏡和第二反射鏡均為平面反射鏡。
所述的第一透射光路、第二反射光路的總光程與第一反射光路、第三反射光路的總光程相等，且第一透射光路、第二反射光路、第一反射光路及第三反射光路的光路嚴(yán)格共面。
所述的第一半透半反透鏡、第二反射鏡及第一反射鏡三者平行設(shè)置。
所述的第二半透半反透鏡設(shè)置在第二反射光路和第三反射光路的交點上。
所述的第一半透半反透鏡和第二半透半反透鏡的鍍膜方向相反。
本實用新型的一種合成矢量光束的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，不需圓偏振光也可以合成線偏振光，即，通過對于兩束橢圓偏振光的干涉，從而在干涉視場中得到線偏振光。本實用新型的裝置具有很好的物理應(yīng)用性。本實用新型的裝置在光學(xué)微操作以及光和物質(zhì)的相互作用(非線性光學(xué))以及光子晶體方面都有一定的應(yīng)用。

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是兩束旋向相反的圓偏振光的分解為相互垂直的兩個分量的示意圖； 圖3是橢圓方程示意圖。
其中 1第一偏振片 21/4波片 3第一半透半反透鏡4第二反射鏡 5第二半透半反透鏡6第一反射鏡 71/2波片 8擴(kuò)束鏡 9第二偏振片 10激光發(fā)生器 具體實施方式

以下結(jié)合附圖給出具體實施例，進(jìn)一步說明本實用新型是如何實現(xiàn)的。
如圖1所示，本實用新型的一種合成矢量光束的裝置，包括有激光器10，在激光發(fā)生器10發(fā)出的直線光路L上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片1、1/4波片2以及第一半透半反透鏡3；在經(jīng)第一半透半反透鏡3透射的第一透射光路L1上設(shè)置有第一反射鏡6，在經(jīng)第一半透半反透鏡3反射的第一反射光路L2上設(shè)置有第二反射鏡4；在經(jīng)第一反射鏡6反射的第二反射光路L3上由上至下依次設(shè)置有1/2波片7和第二半透半反透鏡5，所述的第一反射光路L2經(jīng)第二反射鏡4反射形成第三反射光路L4；所述的第二反射光路L3經(jīng)波片7后被第二半透半反透鏡5反射，所述的第三反射光路L4被第二半透半反透鏡5透射，所述的經(jīng)第二半透半反透鏡5的透射光路和反射光路重合為光路L＇，并在重合的光路L＇上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡8和第二偏振片9。
在上述的結(jié)構(gòu)中要保證 所述的第一半透半反透鏡3和第二半透半反透鏡5均為5∶5的半透半反透鏡，且第一半透半反透鏡3和第二半透半反透鏡5的鍍膜方向相反。
所述的第一反射鏡6和第二反射鏡4均為平面反射鏡；所述的第一透射光路L1、第二反射光路L3的總光程與第一反射光路L2、第三反射光路L4的總光程相等，且第一透射光路L1、第二反射光路L3、第一反射光路L2及第三反射光路L4的光路嚴(yán)格共面。
所述的第一半透半反透鏡3、第二反射鏡4及第一反射鏡6三者平行設(shè)置。所述的第二半透半反透鏡5設(shè)置在第二反射光路L3和第三反射光路L4的交點上。
激光由激光發(fā)生器10產(chǎn)生后，經(jīng)過第一偏振片1和1/4波片2，形成圓偏振光，該圓偏振光在第一半透半反透鏡3處分為兩束，一束通過第二反射鏡4到達(dá)第二半透半反透鏡5，另一束通過第一反射鏡6和1/2波片7，到達(dá)第二半透半反透鏡5，并且在1/2波片7處改變原有的取向和旋向，由于光在經(jīng)過折射與反射之后，偏振態(tài)會發(fā)生改變，此時這兩束光均為橢圓偏振光。兩束光進(jìn)入擴(kuò)束鏡8擴(kuò)束，在視場中互相干涉。
如圖2所示，在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)，光矢量的任意一個振動狀態(tài)都可以表示為兩個互相垂直的振動狀態(tài)的線性組合，即 E＝Ei+Ej Ei、Ej分別為在選定的i、j方向兩個直線偏振波的振動分量，它們分別由以下表示式表示 Ei＝Aicos ωt Ej＝Ajcos(ωt-ε)(ε為兩波之間的相位差) 當(dāng)一束橢圓偏振光透過一個半波片時，通過半波片后振動方向平行于半波片快軸方向的分量超前了一個相位π。將橢圓偏振光分解為垂直于半波片快軸方向的分量 E1i＝Aicos ωt， 以及垂直于半波片快軸方向的分量 E1j＝Ajcos(ωt-ε)。
通過半波片后，垂直于半波片快軸方向分量的光相位不變 E2i＝Aicos ωt， 而平行于半波片快軸方向分量的光變?yōu)? E2j＝Ajcos(ωt-ε-π) 因此，半波片將原橢圓偏振光的橢圓取向繞快軸反轉(zhuǎn)，并使旋向發(fā)生改變。
同兩束旋向相反的圓偏振光干涉一樣，兩束旋向相反的橢圓偏振光發(fā)生干涉時，i，j方向相互之間不會發(fā)生干涉現(xiàn)象，只要單獨考慮這兩個方向上的干涉即可。
先考慮i方向 E1i＝Aicosωt＝Aieiωt E2i＝Aicos(ωt+δ)＝Aiei(ωt+δ) Ei＝E1i+E2i 所以有


最亮處的光強為

再考慮j方向 E1j＝Ajcos(ωt-ε)＝Ajej(ωt-ε) E2j＝Ajcos(ωt-ε+δ-π)＝Ajei(ωt-ε+δ-π) Ej＝E1j+E2j 因此有


最強光強為
由此可看出，Xi，k亮＝Xj，k暗，Xi，k暗＝Xj，k亮，即i，j方向產(chǎn)生的干涉條紋的亮暗條紋的位置互補，在處，是j方向的線偏振光，而在處，是i方向的線偏振光，但是由于i方向產(chǎn)生干涉條紋的最亮處的光強為

，j方向產(chǎn)生干涉條紋的最亮處的光強為

，Ai≠Aj，故不加第二偏振片(9)仍可看到干涉條紋，只是不會出現(xiàn)光強完全為零的位置，只有當(dāng)Ai＝Aj時，才可以在不加第二偏振片9的時候看到均勻的光斑，加上第二偏振片9后才能看到干涉條紋。
如上所述，橢圓偏振光可以分解為垂直于半波片快軸方向的分量 Ei＝Aicos ωt 和平行于半波片快軸方向的 Ej＝Ajcos(ωt-ε) 現(xiàn)在來求E矢量端點在i，j平面上投影的軌跡方程。
將Ej的方程展開 而 所以有 如圖3所示，這是一個以半波片快軸方向為j方向，以垂直于快軸的方向為i方向的坐標(biāo)系下的橢圓方程。
其主軸與i-j坐標(biāo)系構(gòu)成一角α，根據(jù)橢圓公式， 由此公式，我們可以看出，若要達(dá)到Ai＝Aj，則tan 2α＝∞。即，而半波片快軸方向與橢圓主軸方向的夾角為

。也就是說，要想達(dá)到Ai＝Aj，則半波片快軸方向與橢圓主軸方向的夾角必須為

。此時，i，j方向的干涉條紋亮暗互補，現(xiàn)象與兩旋向相反的圓偏振光合成一樣，視場中是一片均勻光斑，只有加上第二偏振片9后，才能重現(xiàn)清晰的干涉條紋。
權(quán)利要求1.一種合成矢量光束的裝置，包括有激光器(10)，其特征在于，在激光發(fā)生器(10)發(fā)出的直線光路(L)上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片(1)、1/4波片(2)以及第一半透半反透鏡(3)；在經(jīng)第一半透半反透鏡(3)透射的第一透射光路(L1)上設(shè)置有第一反射鏡(6)，在經(jīng)第一半透半反透鏡(3)反射的第一反射光路(L2)上設(shè)置有第二反射鏡(4)；在經(jīng)第一反射鏡(6)反射的第二反射光路(L3)上由上至下依次設(shè)置有1/2波片(7)和第二半透半反透鏡(5)，所述的第一反射光路(L2)經(jīng)第二反射鏡(4)反射形成第三反射光路(L4)；所述的第二反射光路(L3)經(jīng)波片(7)后被第二半透半反透鏡(5)反射，所述的第三反射光路(L4)被第二半透半反透鏡(5)透射，所述的經(jīng)第二半透半反透鏡(5)的透射光路和反射光路重合為光路(L′)，并在重合的光路(L′)上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡(8)和第二偏振片(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第一半透半反透鏡(3)和第二半透半反透鏡(5)均為55的半透半反透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第一反射鏡(6)和第二反射鏡(4)均為平面反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第一透射光路(L1)、第二反射光路(L3)的總光程與第一反射光路(L2)、第三反射光路(L4)的總光程相等，且第一透射光路(L1)、第二反射光路(L3)、第一反射光路(L2)及第三反射光路(L4)的光路嚴(yán)格共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第一半透半反透鏡(3)、第二反射鏡(4)及第一反射鏡(6)三者平行設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第二半透半反透鏡(5)設(shè)置在第二反射光路(L3)和第三反射光路(L4)的交點上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成矢量光束的裝置，其特征在于，所述的第一半透半反透鏡(3)和第二半透半反透鏡(5)的鍍膜方向相反。
專利摘要一種合成矢量光束的裝置，在激光發(fā)生器發(fā)出的直線光路上，依次設(shè)置有第一偏振片、1/4波片以及第一半透半反透鏡；經(jīng)第一半透半反透鏡透射的第一透射光路上設(shè)置有第一反射鏡，經(jīng)第一半透半反透鏡反射的第一反射光路上設(shè)置有第二反射鏡；經(jīng)第一反射鏡反射的第二反射光路上依次設(shè)置有1/2波片和第二半透半反透鏡，第一反射光路經(jīng)第二反射鏡反射形成第三反射光路；第二反射光路經(jīng)波片后被第二半透半反透鏡反射，第三反射光路被第二半透半反透鏡透射，經(jīng)第二半透半反透鏡的透射光路和反射光路重合為光路，并在重合的光路上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡和第二偏振片。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，通過對于兩束橢圓偏振光的干涉，就可在干涉視場中得到線偏振光。
文檔編號G02B27/09GK201212924SQ20082007504
公開日2009年3月25日 申請日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者劉耕遠(yuǎn), 李瑾鋮 申請人:劉耕遠(yuǎn), 李瑾鋮