本發(fā)明涉及一種反射型偏振像差補償裝置，可實現(xiàn)光線經(jīng)過光學系統(tǒng)后偏振像差的自動補償，屬于偏振光學技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對于所有光學系統(tǒng)在非正入射的情況下，都存在偏振像差，即同一出射波前上的不同位置處的偏振態(tài)也不同，若系統(tǒng)包含多個光學介質(zhì)分界面，各個介質(zhì)分界面的偏振像差累積到像面會產(chǎn)生一定的偏振效應，嚴重時會影響系統(tǒng)的正常工作。如高數(shù)值孔徑顯微系統(tǒng)、光刻投影系統(tǒng)或激光諧振腔系統(tǒng)等其他偏振敏感系統(tǒng)，為了保證或提高系統(tǒng)的工作性能，對系統(tǒng)自身偏振特性都具有嚴格的要求。因此，除了在系統(tǒng)設(shè)計階段嚴格考慮偏振對系統(tǒng)的影響，優(yōu)化系統(tǒng)的偏振效應以外，還可以采取外加偏振像差補償裝置的措施來有效提高整個系統(tǒng)的工作性能。

針對特定的偏振敏感系統(tǒng)專利CN103869626A、US104503099AB1和CN104503099A提出了不同的偏振補償技術(shù)。專利CN103869626A和US104503099AB1針對光刻成像系統(tǒng)提出兩種不同的偏振補償裝置，專利CN103869626A是利用改變電光晶體外加電壓而改變偏振角的方法實現(xiàn)對系統(tǒng)的偏振補償，為了構(gòu)成閉環(huán)反饋補償，在系統(tǒng)焦面處必須放置偏振檢測裝置。這種偏振補償方法在實際補償過程中為了達到較為理想的補償效果，需要重復進行多次檢測、反饋、補償，存在實時性差、單次補償效率低和補償誤差累積等問題。US104503099AB1是由兩個光軸方向成一定夾角的雙折射元件組成，快軸的夾角可以通過相對旋轉(zhuǎn)雙折射元件而改變，其雙折射元件的表面采用離子束加工技術(shù)制作為自由曲面形。該裝置雖然可以實現(xiàn)偏振像差補償，但是雙折射元件自由曲面的設(shè)計和加工都較為復雜，成本高昂，受加工水平的限制對偏振像差的補償精度也不高，且加工的補償元件只能針對某個特定的光學系統(tǒng)。專利CN104503099A是針對激光器提出的一種末端偏振補償裝置，在激光器結(jié)構(gòu)末端加入光束校正器和偏振控制器，其中光束校正器的主要作用是補償前面光學系統(tǒng)的波像差，保證出射光束質(zhì)量，偏振控制器主要是調(diào)制出射激光的偏振態(tài)，保證高消光比偏振激光輸出。在沒有外加實時反饋系統(tǒng)的前提下，該光束校正器的設(shè)計只能是針對前面特定光學系統(tǒng)進行相應的波前補償。因此，目前偏振像差補償裝置存在通用性差和精度低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服目前偏振像差補償裝置存在通用性差和精度低的問題，提出了一種基于分光路偏振調(diào)制的的反射型偏振像差補償裝置。該裝置能夠同時進行位相調(diào)制和振幅調(diào)制，實現(xiàn)對位相延遲和二向衰減的補償。這種基于分光路偏振調(diào)制補償?shù)姆瓷湫推裣癫钛a償裝置是一種插入式平行光路無焦系統(tǒng)，對任意偏振敏感系統(tǒng)均適用，可以有效簡化結(jié)構(gòu)形式，提高補償精度，有效提高系統(tǒng)的工作性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于分光路偏振調(diào)制的反射型偏振像差補償裝置，其特征是，該裝置主要包括偏振分束器、第一消偏振分束器、反射式純位相液晶空間光調(diào)制器、第二消偏振分束器、反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器和第三消偏振分束器；將該裝置插入到光學系統(tǒng)的平行光路中，任意偏振態(tài)的平行光束入射到偏振分束器后分解為兩束偏振態(tài)相互正交的線偏振光，且傳播方向相互垂直，兩路光分別經(jīng)過第一消偏振分束器和第二消偏振分束器，一路光入射到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器，受到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器的純位相調(diào)制，另一路光入射到反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器，受到反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器的純振幅調(diào)制，兩束光分別再經(jīng)過第一消偏振分束器和第二消偏振分束器反射后，再相互垂直入射到第三消偏振分束器進行合光后出射。

所述偏振分束器為雙折射晶體、鍍偏振分光膜的棱鏡或布儒斯特片；偏振分束器的反射光和透射光的消光比均不低于1000:1。

所述反射式純位相液晶空間光調(diào)制器和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器的有效液晶尺寸大于等于入射平行光的直徑，且反射式純位相液晶空間光調(diào)制器和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器在光路中的位置可以互換。

所述的第一消偏振分束器和第二消偏振分束器在保證光束偏振態(tài)不變的前提下，實現(xiàn)光路透射或?qū)⒐饴氛坜D(zhuǎn)90°，進而入射到第三消偏振分束器。

所述的第三消偏振分束器分束比為1：1。

本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明是一種插入式平行光路無焦系統(tǒng)，可以補償任意偏振敏感光學系統(tǒng)的偏振像差，具有良好的通用性。

2、本發(fā)明采用的是分光路偏振調(diào)制補償，在各分光路中利用液晶空間光調(diào)制技術(shù)，對位相和振幅分別進行調(diào)制補償位相延遲和二向衰減，這種分光路偏振調(diào)制補償?shù)姆绞讲粌H具有簡化裝置結(jié)構(gòu)的功能，同時還有利于提高補償精度。

3、本發(fā)明所提出的偏振像差補償裝置，也可用于補償光學系統(tǒng)的波像差，也可對偏振像差和波像差同時進行補償。

4、本發(fā)明不需要引入外加實時檢測反饋裝置，不需要多次重復檢測、反饋、補償，可以實現(xiàn)快速補償響應。

附圖說明

圖1是一種基于分光路偏振調(diào)制的反射型偏振像差補償裝置示意圖。

其中：1、偏振分束器；2、第一消偏振分束器；3、反射式純位相液晶空間光調(diào)制器；4、第二消偏振分束器；5、反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器；6、消偏振分束器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細描述。

如圖1所示，一種基于分光路偏振調(diào)制的反射型偏振像差補償裝置，該裝置主要包括偏振分束器1、第一消偏振分束器2、反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3、第二消偏振分束器4、反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5和第三消偏振分束器6；將該裝置插入到偏振敏感光學系統(tǒng)的平行光路中，任意偏振態(tài)的平行光束入射到偏振分束器1后分解為兩束偏振態(tài)相互正交的線偏振光，且傳播方向相互垂直，將透射的橫磁波TM光路記為A，反射的橫電波TE偏振光路記為B，兩路光分別經(jīng)過第一消偏振分束器2和第二消偏振分束器4，一路光A入射到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3，受到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3的位相調(diào)制，另一路光B入射到反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5，受到反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5的振幅調(diào)制，兩束光分別再經(jīng)過第一消偏振分束器2和第二消偏振分束器4反射后，再相互垂直地入射到第三消偏振分束器6進行合光后出射。

所述偏振分束器1的作用是將入射光束分解為兩束偏振態(tài)相互正交的線偏振光，其可以為雙折射晶體、鍍偏振分光膜的棱鏡或布儒斯特片等。偏振分束器1的反射光和透射光的消光比均不低于1000:1。

所述反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5的有效液晶尺寸大于等于入射平行光的直徑，且反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5在光路中的位置可以互換。

所述的第一消偏振分束器2和第二消偏振分束器4在保證光束偏振態(tài)不變的前提下，實現(xiàn)光路透射或?qū)⒐饴氛坜D(zhuǎn)90°，進而入射到第三消偏振分束器6。

所述的第三消偏振分束器6將入射的兩束光進行合光，且不改變?nèi)肷涔馐钠駪B(tài)，其分束比為1：1。

整個過程等效于分別調(diào)制了入射平行光束的位相延遲和二向衰減，液晶空間調(diào)制器的調(diào)制量由所加載灰度圖的灰度值決定。因此，對于不同的光學系統(tǒng)，利用三維偏振光追跡算法計算出光學系統(tǒng)的偏振像差分布情況，并分解計算出位相延遲和二向衰減的分布，得到對應的位相調(diào)制灰度圖和振幅調(diào)制灰度圖，分別加載到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器3和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器5中。液晶空間調(diào)制器的調(diào)制量由加載到液晶空間光調(diào)制器的灰度圖的灰度值決定，而偏振像差的補償精度取決于液晶空間光調(diào)制器的像元尺寸。

光學系統(tǒng)的偏振像差可以分解為二向衰減和位相延遲，本發(fā)明采用一種分光路偏振調(diào)制的方法，結(jié)合反射式液晶空間光調(diào)制器分別對橫磁波分量TM和橫電波分量TE進行純位相調(diào)制和純振幅調(diào)制，整個過程等效于分別調(diào)制了入射平行光束的位相延遲和二向衰減，即實現(xiàn)了對偏振像差的調(diào)制補償。液晶空間調(diào)制器每個像素的調(diào)制量由輸入液晶空間光調(diào)制器的灰度圖決定。對于具不同的光學系統(tǒng)，只需要基于三維偏振光追跡算法計算出光學系統(tǒng)的偏振像差，進行分解求得位相延遲和二向衰減的補償量分布圖，并生成調(diào)制位相灰度圖和振幅灰度圖，分別加載到反射式純位相液晶空間光調(diào)制器和反射式純振幅液晶空間光調(diào)制器中。液晶空間調(diào)制器的調(diào)制量取決于加載到液晶空間光調(diào)制器的灰度圖的灰度值決定，偏振像差的補償精度取決于液晶空間光調(diào)制器的像元尺寸。這種基于分光路偏振調(diào)制的反射型偏振像差補償裝置無需針對不同的光學系統(tǒng)加工特殊的補償元件，而且補償精度高，通用性強。