專利名稱：一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型與光束產(chǎn)生裝置有關(guān)，特別是一種偏振分布可調(diào)的矢量 光束的產(chǎn)生裝置。主要用于激光微加工、光學(xué)微操縱、光信息存儲、光 與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光束偏振態(tài)研究中，人們發(fā)現(xiàn)偏振態(tài)不只局限于我們常見的線偏振、 圓偏振、橢圓偏振，還出現(xiàn)了徑向偏振、方位角偏振、旋轉(zhuǎn)矢量偏振光
束等。2000年，美國羅徹斯特大學(xué)研究中心K.S. Youngworth和T.G. Brown等人在Opt. Express上發(fā)表文章，理論上計(jì)算了徑向偏振光和方 位角偏振光在高數(shù)值孔徑物鏡聚焦下的性質(zhì)，得到了引人矚目的結(jié)果 (K.S. Youngworth and T.G. Brown, Opt. Express 7， 77(2000))。其中徑向 偏振光通過高數(shù)值孔徑的透鏡聚焦后可以獲得強(qiáng)的非傳播縱向場分量， 從而形成尖銳的焦點(diǎn)，而方位角偏振光可以通過聚焦獲得中空光場。這 些理論結(jié)果引起了光學(xué)界的廣泛重視，光學(xué)工作者也開始投入大量精力 研究矢量光束，尤其是它的產(chǎn)生方法。2002年以色列科學(xué)家Z.Bomzon 等人在Opt. Lett.上發(fā)表文章，利用特定結(jié)構(gòu)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(xué)M. Neil等人利用wollaston棱鏡和二元鐵電空間光調(diào)制器等 設(shè)計(jì)了 一個光學(xué)系統(tǒng)，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(tài)介于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(xué)的K. Toussaint 等人利用特殊設(shè)計(jì)的主要由兩個衍射光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，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(xué)的Sato等人利用圓錐形的Brewster設(shè)計(jì)激光諧振腔生成徑向偏振光束。并接著在2006年，又利用 C-切割Nd:YV04晶體的雙折射性質(zhì)，設(shè)計(jì)了特殊的激光諧振腔生成徑向 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(yī)科大學(xué)的C.Maurer等人在New Jour. Phys.發(fā)表文章，利用Wollaston棱鏡和反射式空間光調(diào)制器等組成光學(xué) 系統(tǒng)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(diào)，通常為某一種分布狀態(tài)，并且在需要生成不同偏振分布 狀態(tài)的矢量光束時，必須對光路做出較大的調(diào)整，這就增加了生成不同 偏振態(tài)的矢量光束的技術(shù)難度和試驗(yàn)操作上的復(fù)雜性，不利于矢量光束 獲得更廣泛的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服了上述在先技術(shù)的不足，提 供一種步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便的偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置。
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部 件少、使用方便、功能易于擴(kuò)充的偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案提供了偏振分布可 調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括光源、外反射式圓錐曲 面反射鏡、圓錐曲面偏振器、內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡，和帶有旋轉(zhuǎn)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(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡，依次置于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(fā)射光束，圓錐面發(fā)射光束光路上置有圓錐曲面偏振器; 內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡設(shè)置在圓錐面發(fā)射光束經(jīng)過圓錐曲面偏振器后 的光路上，圓錐面發(fā)射光束被內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡反射后，形成沿 著系統(tǒng)對稱軸傳播的某種偏振狀態(tài)的矢量光束。通過旋轉(zhuǎn)移動部件調(diào)節(jié)兩半波片光軸夾角可調(diào)節(jié)偏振分布。
本實(shí)用新型所述的內(nèi)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(shí)用新型所述的內(nèi)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(tǒng)對稱軸夾角不為45。。
本實(shí)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(fā)射光束夾角范圍為大于80。，并 且小于或等于90。。
本實(shí)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?yàn)榉瓷淠?gòu)成的圓錐殼曲面外反射式反射鏡。
本實(shí)用新型所述的內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的內(nèi) 反射式圓錐曲面反射鏡，或?yàn)榉瓷淠?gòu)成的圓錐殼曲面內(nèi)反射式反射鏡。
本實(shí)用新型所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或?yàn)閳A錐曲 面殼式偏振元件。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本實(shí)用新型的偏 振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生是利用光束傳播方向改變后經(jīng)過宏觀光學(xué) 部件進(jìn)行偏振態(tài)的調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便、功能 易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種偏振分布光束示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是
對本實(shí)用新型的解釋，是本實(shí)用新型的一種應(yīng)用形式，而本實(shí)用新型并 不局限于以下實(shí)施例。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡2 和帶有旋轉(zhuǎn)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(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡2，沿同一系統(tǒng)對稱軸0"2 依次置于光源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(fā)射光束， 圓錐面發(fā)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(fā)射光束夾角為90。；經(jīng)過圓錐面偏振器4后的圓 錐面發(fā)射光束被內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡2反射后，形成沿著系統(tǒng)對稱 軸OA傳播的一種偏振狀態(tài)的矢量光束，依次通過帶有旋轉(zhuǎn)移動部件的 半波片5和半波片6，通過旋轉(zhuǎn)移動部件調(diào)節(jié)半波片5和半波片6的光 軸夾角可以調(diào)節(jié)矢量偏振光束的偏振方向，所述的內(nèi)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(shí)施例中內(nèi)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(tǒng)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(nèi)反射式圓錐曲面 反射鏡2為反射膜構(gòu)成的圓錐殼曲面內(nèi)反射式反射鏡，圓錐面偏振器3 為圓錐曲面偏振膜，光源l為圓偏振輸出氣體激光器。
本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束產(chǎn)生裝 置，其工作過程為光源1沿著系統(tǒng)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反射后，形成 有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發(fā)射光束；圓錐面發(fā)射光束經(jīng) 過圓錐面偏振器4后，射向內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡2，被內(nèi)反射式圓 錐曲面反射鏡2反射，形成沿著系統(tǒng)對稱軸傳播的一種偏振狀態(tài)的矢量 光束。通過旋轉(zhuǎn)移動部件調(diào)節(jié)半波片5和半波片6的光軸夾角可以調(diào)節(jié)
矢量偏振光束的偏振方向。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例輸出光束的一種偏振態(tài)分布示意圖，箭頭 表示偏振方向，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生，并且具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便、功能易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1、一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置，其特征為a、光源出射光束光路上依次同對稱軸地設(shè)置有外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振器、內(nèi)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(diǎn)朝向光源光束出射一端設(shè)置，光源出射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡反射后，形成圓錐面發(fā)射光束；c、內(nèi)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(shè)置；圓錐曲面偏振器設(shè)置在外反射式圓錐曲面反射鏡和內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡之間光路上，改變光束偏振態(tài)；圓錐面發(fā)射光束經(jīng)過圓錐曲面偏振器后，被內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡反射后形成沿著系統(tǒng)對稱軸傳播的矢量光束；d、內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡的光束出射一側(cè)光路上設(shè)置有兩個半波片，兩個半波片的光學(xué)工作面相互平行，兩個半波片的光軸夾角可調(diào)節(jié)，內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡反射的矢量光束依次經(jīng)過兩個半波片形成了偏振分布可調(diào)的矢量光束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征是所述的內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征是所述的內(nèi)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(tǒng)對稱軸夾角不為45。。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征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(fā)射光束夾角范圍為大于8(T ，并 且小于或等于90。。
5、 基于權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置，其特征是包括光源、外反射式圓錐曲面反射鏡、圓錐曲面偏振器 和內(nèi)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(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡，帶有旋轉(zhuǎn)移動部件的兩平行放置的半波 片，對稱地依次置于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(fā)射光 束，圓錐面發(fā)射光束光路上置有圓錐曲面偏振器；內(nèi)反射式圓錐曲面反 射鏡設(shè)置在圓錐面發(fā)射光束經(jīng)過圓錐曲面偏振器后的光路上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征是所述的內(nèi)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(tǒng)對稱軸夾角不為45。。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征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?yàn)榉瓷淠?gòu)成的圓錐殼曲面外反射式反射鏡。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征是所述的內(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡為圓錐體鍍反射膜的內(nèi) 反射式圓錐曲面反射鏡，或?yàn)榉瓷淠?gòu)成的圓錐殼曲面內(nèi)反射式反射鏡。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝 置，其特征是所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或?yàn)閳A錐曲 面殼式偏振元件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置，整套裝置由同一系統(tǒng)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(nèi)反射式圓錐曲面反射鏡，帶有旋轉(zhuǎn)移動部件的兩平行放置的半波片構(gòu)成。光源出射光束被外反射式圓錐曲面反射鏡反射后，形成有徑向傳播分量和軸向傳播分量的圓錐面發(fā)射光束，經(jīng)過圓錐曲面偏振器改變光束偏振態(tài)，被內(nèi)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(zhuǎn)移動部件調(diào)節(jié)兩半波片光軸夾角可調(diào)節(jié)光束的偏振分布。裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便等特點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者李勁松 申請人:中國計(jì)量學(xué)院