CN101382664B - 一种偏振态非均匀分布光束产生方法及其装置 - Google Patents

一种偏振态非均匀分布光束产生方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种偏振态非均匀分布光束产生方法及其装置。现有技术采用亚波长光栅结构实现偏振态非均匀分布光束，结构复杂，实现难度大。本发明由同一系统对称轴置有的光源，以及光源出射光路上依次置有的反射式圆锥曲面反射镜、圆锥曲面偏振器和内反射式圆锥曲面反射镜构成，光源出射光束被外反射式圆锥曲面反射镜反射后，形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束，经过圆锥曲面偏振器改变光束偏振态，被内反射式圆锥曲面反射镜反射形成偏振态非均匀分布光束，产生方法具步骤简单、实现方便、可广泛应用等特点，装置具有结构设计合理、部件少、使用方便等特点。

Description

一种偏振态非均匀分布光束产生方法及其装置
技术领域
本发明与光束产生方法及其装置有关，特别是一种偏振态非均匀分布光束产生方法及其装置。主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作用等领域。
技术背景
光束参数不仅包括光束几何尺寸，也包括光束波前相位、偏振态、强度、时间范畴的脉宽等参数，其中偏振态分布在许多光学系统中具有极为重要的作用。在近期对光束偏振态研究中，人们发现偏振态不仅局限于我们常见的线偏振、圆偏振、椭圆偏振，还出现了径向偏振态、方位角偏振态、更加广义上的旋转矢量偏振态、螺旋偏振态和非均匀分布偏振态。由于光束偏振态对光束传播和聚焦等特性影响明显，非均匀分布偏振态光束具有独特的传播和聚焦特性，可广泛应用到光存储系统、显微系统、平版印刷术，相位移动、激光加工、光镊子技术、超分辨等领域，偏振态非均匀分布光束的产生方法及其装置便成为了研究和利用此类光束的必备前提条件。
在先技术中，有一种可以产生偏振态非均匀分布光束的方法(参见国外学术论文“Rotating vectorial vortices produced by space-variantsubwavelength gratings”，Optics Letters，2005，30(21)：2933-2935，以及学术论文“Excitation of a single hollow waveguide mode using inhomogeneousanisotropic subwavelength structures”，Optics Express，2007，15(20)：13404-13414)，该偏振态非均匀分布光束产生方法具有相当的优点，但是，仍然存在本质上的不足，主要是此方法是利用非均匀的亚波长光栅结构对光束进行偏振态转化，亚波长光栅结构微区域调节光束偏振态，亚波长光栅结构微区域的非均匀分布形成出射光束的非均匀分布偏振态，所以，非均匀分布的亚波长光栅结构为此方法的必需器件，但是，非均匀分布亚波长光栅制作复杂加工困难，导致此偏振态非均匀分布光束产生方法实现非常不便，限制了此方法应用和推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种步骤简单、实现方便、可广泛应用的偏振态非均匀分布光束产生方法。
本发明所要解决的技术问题还在于提供一种结构设计合理、部件少、使用方便、功能易于扩充的偏振态非均匀分布光束产生装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其步骤为：
a、光源沿着系统对称轴向外反射式圆锥曲面反射镜射出光束；
b、光源出射光束被外反射式圆锥曲面反射镜反射后，形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束；
c、圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器后，射向内反射式圆锥曲面反射镜；
d、经过圆锥面偏振器后的圆锥面发射光束被内反射式圆锥曲面反射镜反射，形成沿着系统对称轴传播的偏振态非均匀分布光束。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还提供了一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其结构特点是：包括光源、外反射式圆锥曲面反射镜、圆锥面偏振器和内反射式圆锥曲面反射镜，外反射式圆锥曲面反射镜、圆锥面偏振器和内反射式圆锥曲面反射镜同一系统对称轴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圆锥曲面反射镜反射形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束，圆锥面发射光束光路上置有圆锥面偏振器；内反射式圆锥曲面反射镜设置在圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器后的光路上，圆锥面发射光束被内反射式圆锥曲面反射镜反射后，形成沿着系统对称轴传播的偏振态非均匀分布光束。
本发明所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面平行。
本发明所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面均与系统对称轴夹角不为45°。
本发明所述的圆锥面偏振器的圆锥曲面法线方向与被外反射式圆锥曲面反射镜反射形成的圆锥面发射光束夹角范围为大于80°，并且小于或等于90°。
本发明所述的外反射式圆锥曲面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥曲面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜。
本发明所述的内反射式圆锥曲面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥曲面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜。
本发明所述的圆锥面偏振器为圆锥曲面偏振膜，或为圆锥曲面壳式偏振元件。
本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：本发明的偏振态非均匀分布光束产生方法没有利用制作复杂加工困难的光学微观结构，而是利用光束传播方向改变后经过宏观光学部件进行偏振态的调节，具有步骤简单、实现方便、可广泛应用等特点；本发明的偏振态非均匀分布光束产生装置以本发明的偏振态非均匀分布光束产生方法为依据，具有结构设计合理、部件少、使用方便、功能易于扩充等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为本发明实施例的一种光束偏振态分布示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，是本发明的比较好的应用形式，而本发明并不局限于以下实施例。
本实施例依据一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其步骤为：
a、光源1沿着系统对称轴O1O2向外反射式圆锥曲面反射镜3射出光束；
b、光源1出射光束被外反射式圆锥曲面反射镜3反射后，形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束；
c、圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器4后，射向内反射式圆锥曲面反射镜2；
d、经过圆锥面偏振器4后的圆锥面发射光束被内反射式圆锥曲面反射镜2反射，形成沿着系统对称轴传播的偏振态非均匀分布光束。
本实施例根据上述偏振态非均匀分布光束产生方法，提供了一种偏振态非均匀分布光束产生装置，图1为本发明实施例的示意图，其结构特点是：包括光源1、外反射式圆锥曲面反射镜3、圆锥面偏振器4和内反射式圆锥曲面反射镜2，外反射式圆锥曲面反射镜3、圆锥面偏振器4和内反射式圆锥曲面反射镜2同一系统对称轴O1O2地依次置于光源1出射光束光路上；光源1出射光束被外反射式圆锥曲面反射镜3反射形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束，圆锥面发射光束光路上置有圆锥面偏振器4，圆锥面偏振器4的圆锥曲面法线方向与圆锥面发射光束夹角为90°；经过圆锥面偏振器4后的圆锥面发射光束被内反射式圆锥曲面反射镜反射2后，形成沿着系统对称轴O1O2传播的偏振态非均匀分布光束。所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面平行，并且均与系统对称轴夹角不为45°。
本实施例中内反射式圆锥曲面反射镜2的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜3的反射面与系统对称轴夹角为60°，外反射式圆锥曲面反射镜3为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥曲面反射镜，内反射式圆锥曲面反射镜2为反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜，圆锥面偏振器4为圆锥曲面偏振膜，光源1为圆偏振输出气体激光器。
本实施例的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其工作过程为：光源1沿着系统对称轴O1O2向外反射式圆锥曲面反射镜3射出光束；入射光束被外反射式圆锥曲面反射镜3反射后，形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束；圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器4后，射向内反射式圆锥曲面反射镜2，被内反射式圆锥曲面反射镜2反射，形成沿着系统对称轴传播的偏振态非均匀分布光束。
图2为本发明实施例输出光束的一种偏振态分布示意图，箭头表示偏振方向，本实施例实现了偏振态非均匀分布光束的产生，并且具结构设计合理、部件少、使用方便、功能易于扩充等优点。

Claims (11)

1.一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其步骤为：
a、光源沿着系统对称轴向外反射式圆锥曲面反射镜射出光束；
b、光源出射光束被外反射式圆锥曲面反射镜反射后，形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束；
c、圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器后，射向内反射式圆锥曲面反射镜；
d、经过圆锥面偏振器后的圆锥面发射光束被内反射式圆锥曲面反射镜反射，形成沿着系统对称轴传播的偏振态非均匀分布光束。
2.根据权利要求1所述的一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其特征是：所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面平行。
3.根据权利要求1所述的一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其特征是：所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面均与系统对称轴夹角为60°。
4.根据权利要求1所述的一种偏振态非均匀分布光束产生方法，其特征是：所述的圆锥面偏振器的圆锥曲面法线方向与被外反射式圆锥曲面反射镜反射形成的圆锥面发射光束夹角为90°。
5.基于权利要求1所述的偏振态非均匀分布光束产生方法的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：包括光源、外反射式圆锥曲面反射镜、圆锥面偏振器和内反射式圆锥曲面反射镜，外反射式圆锥曲面反射镜、圆锥面偏振器和内反射式圆锥曲面反射镜同一系统对称轴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圆锥曲面反射镜反射形成有径向传播分量和轴向传播分量的圆锥面发射光束，圆锥面发射光束光路上置有圆锥面偏振器；内反射式圆锥曲面反射镜设置在圆锥面发射光束经过圆锥面偏振器后的光路上。
6.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面平行。
7.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的内反射式圆锥曲面反射镜的反射面和外反射式圆锥曲面反射镜的反射面均与系统对称轴夹角为60°。
8.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的圆锥面偏振器的圆锥曲面法线方向与被外反射式圆锥曲面反射镜反射形成的圆锥面发射光束夹角为90°。
9.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的外反射式圆锥曲面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥曲面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜。
10.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的内反射式圆锥曲面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥曲面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜。
11.根据权利要求5所述的一种偏振态非均匀分布光束产生装置，其特征是：所述的圆锥面偏振器为圆锥曲面偏振膜，或为圆锥曲面壳式偏振元件。
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