專利名稱：軸對稱矢量偏振光獲取方法及實現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及軸對稱矢量偏振光獲取方法及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于光學領域。
背景技術：
軸對稱矢量偏振光的偏振形式如圖1所示，光束的每一點均為一個與半徑方向成 %角的偏振，軸對稱矢量偏振光束在柱坐標中的電場分布為E(r, θ) = E0 (r)(F cos φ0+θ sin φ0)其中，F(xiàn)是徑向的單位矢量；歹是角向(即切向)單位矢量是孔徑切趾函數(shù)， 表示電場的相對振幅，并且電場的相對振幅與徑向有關。由此得出，軸對稱徑向偏振光和軸對稱角向偏振光的線性疊加構成了軸對稱矢量偏振光束。當(^ = 90°時，表示角向偏振光，以傳播光軸為對稱軸在垂直于該軸的平面內呈同心圓形分布，如圖2所示。當(K = 0°時，表示徑向偏振光，以傳播光軸為對稱軸在垂直于該軸的平面內呈徑向分布，如圖3所示。由于徑向偏振光特殊的軸對稱分布以及高數(shù)值孔徑聚焦后特殊的光場分布，使其與我們熟知的線偏振光、圓偏振光有許多顯著的不同。徑向偏振光聚焦時，焦點處光斑直徑比空間偏振態(tài)均與分布的光源(如線偏振光)的光斑直徑小，且焦點光場具有很強的縱向分量；瑞利金屬粒子在高度聚焦的徑向偏振光場中具有非常強的俘獲特性；比如徑向偏振光沿光軸方向具有對稱的電場分布以及其光束為中空的圓環(huán)型；徑向偏振光只有橫向的磁場和沿軸的縱向的電場；徑向角向偏振光都是偏振本征態(tài)，它們在c切向晶體中傳播時，不會發(fā)生串擾現(xiàn)象。徑向偏振光在多種領域得到了廣泛的應用，例如在引導和捕捉粒子、粒子加速、提高顯微鏡的分辨率、金屬切割、提高存儲密度以及表面等離子體共振(SPR)成像等方面。隨著人們對徑向偏振光認識的深入，它將在越來越多的方面得到應用。近幾年研究者紛紛尋找各種有效的方法來產(chǎn)生徑向偏振光和角向偏振光，其產(chǎn)生方法可以分為兩類一類是腔內法，即在激光腔內直接添加特殊光學元器件產(chǎn)生徑向偏振光；另一類是腔外法，如螺旋相位板法，組合波片法，相干偏振操縱法，徑向偏振光轉換器等等。這些方法所采用的裝置結構復雜，成本高。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有產(chǎn)生徑向偏振光和角向偏振光的裝置結構復雜，成本高的問題，提供了軸對稱矢量偏振光獲取方法及實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明提供兩個技術方案第一個技術方案，軸對稱矢量偏振光獲取方法獲取的軸對稱矢量偏振光為角向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光。
實現(xiàn)該方法的裝置包括LED、第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡和顯偏器，在LED的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡和顯偏器，LED輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡，第一雙凸透鏡將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡，第二雙凸透鏡輸出準直平行光束入射至顯偏器，顯偏器輸出角向偏振光。第二個技術方案軸對稱矢量偏振光獲取方法獲取的軸對稱矢量偏振光為徑向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光，所述角向偏振光經(jīng)過兩個快軸呈45°夾角的 1/2波片后輸出徑向偏振光。實現(xiàn)該方法的裝置包括LED、第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡、顯偏器、第一 1/2波片和第二 1/2波片，在LED的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡、顯偏器、第一 1/2波片和第二 1/2波片，第一 1/2波片的快軸和第二 1/2波片的快軸呈45°夾角，LED輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡，第一雙凸透鏡將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡，第二雙凸透鏡輸出準直平行光束入射至顯偏器，顯偏器輸出角向偏振光至第一 1/2波片，第一 1/2波片透射的光束入射至第二 1/2波片，第二 1/2波片輸出徑向偏振光。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明給出的使用顯偏器獲得徑向偏振光和角向偏振光的裝置， 具有結構簡單、價格低廉、便于使用等優(yōu)點。
圖1為背景技術中軸對稱矢量偏振光的結構示意圖2是背景技術中角向偏振光的結構示意圖3是背景技術中徑向偏振光的結構示意圖4是顯偏器的結構示意圖5是顯偏器確定線偏振光偏振方向的光路圖6是實施方式一中角向偏振光的獲取裝置；
圖7是實施方式一獲取角向偏振光，并進行檢測的裝置；
圖8是實施方式五中徑向偏振光的獲取裝置；
圖9是實施方式五獲取徑向偏振光，并進行檢測的裝置；
圖10是實施方式五中兩個快軸呈45°夾角的1/2波片的工作原理示意圖11是徑向偏振光和角向偏振光經(jīng)過檢偏器后的光強分布圖，NIL為無檢偏器的情況。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖4至圖7、圖10說明本實施方式，本實施方式所述軸對稱矢量偏振光獲取方法，該方法獲取的軸對稱矢量偏振光為角向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光。
具體實施方式
二 下面結合圖4至圖7、圖10說明本實施方式，實現(xiàn)本實施方式一所述軸對稱矢量偏振光獲取方法的裝置，該裝置產(chǎn)生的軸對稱矢量偏振光為角向偏振光， 所述軸對稱矢量偏振光獲取裝置包括LED1、第一雙凸透鏡2、第二雙凸透鏡3和顯偏器4，在LEDl的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡2、第二雙凸透鏡3和顯偏器4，LEDl 輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡2，第一雙凸透鏡2將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡3，第二雙凸透鏡3輸出準直平行光束入射至顯偏器4，顯偏器4輸出角向偏振光。顯偏器(POLARIZATION AXIS FINDER，簡稱PAF)是一種新型顯示線偏振光偏振方向的裝置，如圖4所示，可以看作是一個具有圓形同心傳播軸的顯偏器件，其工作原理如圖 4所示，每一個小的區(qū)域都是一個線顯偏器，傳輸軸的方向垂直于徑向。此裝置可看作是一個線柵偏振，用圓形的線代替平行直線。它的傳統(tǒng)功能是檢測線偏振光的偏振方向線偏振光通過顯偏器4后，在接收屏上會出現(xiàn)兩個相對的楔形暗區(qū)。沿著兩楔形暗區(qū)中心的方向即為線偏振光的振動方向，如圖5所示。如果圓偏振光入射到顯偏器4時，楔形區(qū)域的強度將會明顯減弱。在本實施方式中，我們克服現(xiàn)有的技術偏見，將顯偏器用于產(chǎn)生角向偏振光，產(chǎn)生裝置如圖6所示，這種裝置是角向偏振光產(chǎn)生的新途徑，具有結構簡單、價格低廉、便于使用等優(yōu)點。為了檢驗圖6所示裝置輸出的是否為角向偏振光，在其后加裝一個檢偏器5，如圖 7所示，檢偏的結果如圖11中對角向偏振光的檢測結果，根據(jù)其光強分布圖可知，圖6所示裝置輸出的確實為角向偏振光。由于顯偏器4可以看作是一個具有圓形同心傳播軸的顯偏器件，即每一個小的區(qū)域都是一個線顯偏器，傳輸軸的方向垂直于徑向。當自然光入射到顯偏器4時，會在角向方向上通光，即形成角向偏振光束。我們采用圖7中使用檢偏器5來檢驗經(jīng)顯偏器的輸出光為角向偏振光束，獲得的光強分布見圖11所示，根據(jù)本領域技術人員應知曉的常識，可以確定，圖6裝置產(chǎn)生的為角向偏振光。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式二的不同之處在于，LEDl選用型號為 GCL-060401的LED光源，其它與實施方式二相同。本實施方式中LEDl選用的為大恒新紀元科技股份有限公司生產(chǎn)的GCL-060401型號的LED光源，其輸出波長為680-70nm。LEDl不限于采用上述型號的產(chǎn)品，只要是LED光源即可滿足本實施方式中所述方案的要求。
具體實施方式
四下面結合圖8至圖11說明本實施方式，本實施方式所述軸對稱矢量偏振光獲取方法，獲取的軸對稱矢量偏振光為徑向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光，所述角向偏振光經(jīng)過兩個快軸呈45°夾角的 1/2波片后輸出徑向偏振光。
具體實施方式
五下面結合圖8至圖11說明本實施方式，基于本實施方式四所述軸對稱矢量偏振光獲取方法的實現(xiàn)裝置，該裝置產(chǎn)生的軸對稱矢量偏振光為徑向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取裝置包括LED1、第一雙凸透鏡2、第二雙凸透鏡3、顯偏器4、第一 1/2波片6和第二 1/2波片7，在LEDl的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡2、第二雙凸透鏡3、顯偏器4、第一 1/2波片6和第二 1/2波片7，第一 1/2波片6的快軸和第二 1/2波片7的快軸呈45°夾角，LEDl輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡2，第一雙凸透鏡2將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡3，第二雙凸透鏡3輸出準直平行光束入射至顯偏器4，顯偏器4輸出角向偏振光至第一 1/2波片6，第一 1/2波片6透射的光束入射至第二 1/2波片7，第二 1/2 波片7輸出徑向偏振光。LEDl輸出的是平行光束，第一雙凸透鏡2和第二雙凸透鏡3將該平行光束聚焦后又變平行，第一雙凸透鏡2和第二雙凸透鏡3的作用是穩(wěn)定LEDl輸出的平行光束，穩(wěn)定后的平行光束經(jīng)顯偏器4輸出角向偏振光。然后再經(jīng)過快軸呈45°夾角的第一 1/2波片6和第二 1/2波片7，輸出徑向偏振光?？燧S呈45°夾角的第一 1/2波片6和第二 1/2波片7的瓊斯矩陣可以表述如下
權利要求
1.軸對稱矢量偏振光獲取方法，其特征在于，該方法獲取的軸對稱矢量偏振光為角向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光。
2.實現(xiàn)權利要求1所述的軸對稱矢量偏振光獲取方法的裝置，其特征在于，它包括 LED(I)、第一雙凸透鏡O)、第二雙凸透鏡C3)和顯偏器0)，在LED(I)的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡O)、第二雙凸透鏡C3)和顯偏器0)， LED(I)輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡O)，第一雙凸透鏡( 將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡(3)，第二雙凸透鏡C3)輸出準直平行光束入射至顯偏器，顯偏器⑷輸出角向偏振光。
3.根據(jù)權利要求2所述的軸對稱矢量偏振光獲取裝置，其特征在于，LED(I)選用型號為 GCL-060401 的 LED 光源。
4.軸對稱矢量偏振光獲取方法，其特征在于，該方法獲取的軸對稱矢量偏振光為徑向偏振光，所述軸對稱矢量偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光，所述角向偏振光經(jīng)過兩個快軸呈45°夾角的1/2波片后輸出徑向偏振光。
5.實現(xiàn)權利要求4所述的軸對稱矢量偏振光獲取方法的裝置，其特征在于，它包括 LED (1)、第一雙凸透鏡( 、第二雙凸透鏡C3)、顯偏器(4)、第一 1/2波片(6)和第二 1/2波片⑵，在LED(I)的輸出光路上依次放置第一雙凸透鏡( 、第二雙凸透鏡C3)、顯偏器(4)、第一 1/2波片(6)和第二 1/2波片(7)，第一 1/2波片(6)的快軸和第二 1/2波片(7)的快軸呈45°夾角，LED(I)輸出平行光束入射至第一雙凸透鏡O)，第一雙凸透鏡( 將入射的平行光束聚焦后再入射至第二雙凸透鏡(3)，第二雙凸透鏡C3)輸出準直平行光束入射至顯偏器G)，顯偏器(4)輸出角向偏振光至第一 1/2波片(6)，第一 1/2波片(6)透射的光束入射至第二 1/2波片(7)，第二 1/2波片(7)輸出徑向偏振光。
6.根據(jù)權利要求5所述的軸對稱矢量偏振光獲取裝置，其特征在于，LED(I)選用型號為 GCL-060401 的 LED 光源。
全文摘要
軸對稱矢量偏振光獲取方法及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于光學領域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有產(chǎn)生徑向偏振光和角向偏振光的裝置結構復雜，成本高的問題。本發(fā)明的角向偏振光獲取方法為由LED發(fā)射平行光束，然后由兩個雙凸透鏡將所述平行光束準直后輸出準直平行光束給顯偏器，由顯偏器輸出角向偏振光。實現(xiàn)該方法的裝置包括LED、第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡和顯偏器。本發(fā)明的徑向偏振光的獲取方法在獲取角向偏振光后，經(jīng)過兩個快軸呈45°夾角的1/2波片后輸出徑向偏振光。實現(xiàn)該方法的裝置包括LED、第一雙凸透鏡、第二雙凸透鏡、顯偏器、第一1/2波片和第二1/2波片。
文檔編號G02B27/28GK102323676SQ20111027172
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2011年9月14日
發(fā)明者劉書鋼, 葉紅安, 張敏, 高來勖, 黃妍 申請人:黑龍江大學