CN101387759A - 一种光束偏振态调节整形系统 - Google Patents

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李劲松
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Abstract

本发明涉及一种光束偏振态调节整形系统，由入射光束光路上同一对称光轴依次置有的入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器构成，入射光束经过入射扩束整形器后，被外反射式圆锥面反射镜反射形成径向传播光束，经过圆柱筒形曲面偏振器改变光束偏振态，被内反射式圆锥面反射镜反射形成圆环形矢量光束，改变两二分之一波片的波片光轴夹角可以调节偏振方向，经过出射扩束器后得到所需尺寸圆环形矢量偏振光束，具有可实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化，入射光束要求低、系统稳定性和可靠性高、光束偏振态和横向尺寸易调节等特点。

Description

一种光束偏振态调节整形系统
技术领域
本发明与光束整形系统有关，特别是一种光束偏振态调节整形系统。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
广义光束整形系统不仅包括对光束几何尺寸进行调节，也包括对光束波前相位、偏振态分布、强度分布、时间范畴的脉宽等其它参数进行调节。本发明的整形系统可对光束几何尺寸和偏振态分布进行整形。旋转矢量偏振光束是指光束横向偏振态呈现旋转轴对称分布的光束，由于具有特殊的光束聚焦性质和传播特性，旋转矢量偏振光束在许多光学系统中具有极为重要的作用，可以应用到光存储系统、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。旋转矢量偏振光束的产生系统是研究和利用旋转矢量偏振光束的必备前提条件，引起广泛关注。在先技术中，有一种可调式矢量光束整形系统可以实现部分旋转矢量偏振光束的产生(参见中国发明专利“可调式矢量光束整形系统”，专利号：ZL200410052913.4)，该可调式矢量光束整形系统具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足，主要为：1)如果利用在先技术产生一般形式的旋转矢量偏振光束，所需要必备的条件是系统入射光束必须为旋转矢量偏振光束的特殊形式，比如径向偏振光束或方位角偏振光束，然而，径向偏振光束和方位角偏振光束的产生也属于旋转矢量偏振光束产生范畴，所以，在先技术系统本质决定无法实现非旋转矢量偏振光束转化为旋转矢量偏振光束，本质上决定无法实现非相干入射光束向旋转矢量偏振光束的转化过程，对入射光束要求高；2)在先技术系统中存多个机械移动和旋转部件减低了系统稳定性和可靠性；3)无法实现出射光束与入射光束相对的光束横向扩束效应，无法调节出射光束外形尺寸，无法实现圆环形光束输出，限制了应用范围。
发明内容
本发明要解决的问题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种光束偏振态调节整形系统，具有可实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化、入射光束要求低、系统稳定性和可靠性高、光束偏振态调节方便、出射光束横向尺寸可调等特点。
本发明的基本构思是：将光源出射光束依次经过同系统光轴放置的入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器；入射光束经过入射扩束整形器和外反射式圆锥面反射镜被反射后形成径向传播光束，经过圆柱筒形曲面偏振器改变光束偏振态，而后经过内反射式圆锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，通过调节两二分之一波片的波片光轴夹角可以调解旋转矢量偏振光束偏振方向，出射扩束器将出射光束扩束调节到所需尺寸，具有入射光束要求低、光束偏振态和横向尺寸调节便利。
本发明的技术解决方案为：
一种光束偏振态调节整形系统，由入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器构成；入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器同对称光轴地依次位于入射光束光路上；入射光束经过外反射式圆锥面反射镜反射后形成的径向传播光束，圆柱筒形曲面偏振器的对称轴与对称光轴重合，并且圆柱曲面与径向传播光束垂直；外反射式圆锥面反射镜反射锥面与内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，且外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜的反射锥面均与对称光轴成45度夹角；入射二分之一波片和出射二分之一波片与对称光轴垂直。
作为优选，所述的外反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜。
作为优选，所述的内反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜。
作为优选，所述的圆柱筒形曲面偏振器为圆柱筒形偏振膜，或为圆柱曲面壳式偏振元件。
作为优选，所述的入射扩束整形器为伽利略型扩束整形器，或为开普勒型扩束整形器。
作为优选，所述的出射扩束器为伽利略型扩束器，或为开普勒型扩束器。
本发明一种光束偏振态调节整形系统的工作过程为入射光束沿对称光轴传播，经过入射扩束整形器扩束整形后，射向外反射式圆锥面反射镜；被外反射式圆锥面反射镜反射后，由于外反射式圆锥面反射镜反射锥面与对称光轴成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传播光束经过圆柱筒形曲面偏振器后光束偏振态发生改变，而后经过内反射式圆锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，由于外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，旋转矢量偏振光束与对称光轴平行，沿对称光轴传播依次经过入射二分之一波片和出射二分之一波片，通过调节入射二分之一波片和出射二分之一波片的波片光轴夹角，可以调节旋转矢量偏振光束偏振态；出射二分之一波片出射光束一侧置有出射扩束器，将出射光束扩束调节到所需尺寸的圆环形旋转矢量偏振光束。
本发明具有以下优点或效果：
1、本质上可以实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化，系统对入射光束的偏振态无限制，对于入射光束要求低，系统应用范围广；
2、系统结构简单、使用便利，非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化的稳定性和可靠性高；
3、生成的旋转矢量偏振光束的偏振态调节方便；
4、可以调节出射光束横向尺寸，可以输出圆环形光束。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为本发明实施例的两种旋转矢量偏振光束偏振分布示意图。
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。
一种光束偏振态调节整形系统，由入射扩束整形器1、外反射式圆锥面反射镜7、圆柱筒形曲面偏振器2、内反射式圆锥面反射镜3、入射二分之一波片4、出射二分之一波片5和出射扩束器6构成；入射扩束整形器1、外反射式圆锥面反射镜7、圆柱筒形曲面偏振器2、内反射式圆锥面反射镜3、入射二分之一波片4、出射二分之一波片5和出射扩束器6同对称光轴O1O2地依次位于入射光束光路上；入射光束经过外反射式圆锥面反射镜7反射后形成的径向传播光束，圆柱筒形曲面偏振器2的对称轴与对称光轴O1O2重合，并且圆柱曲面与径向传播光束垂直；外反射式圆锥面反射镜7的反射锥面与内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面平行，且外反射式圆锥面反射镜7的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面均与对称光轴O1O2成45度夹角；入射二分之一波片4和出射二分之一波片5与对称光轴O1O2垂直。
本实施例中外反射式圆锥面反射镜7为反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜，内反射式圆锥面反射镜3为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射镜，圆柱筒形曲面偏振器2为圆柱筒形偏振膜，入射扩束整形器1为伽利略型扩束整形器，出射扩束器6为开普勒型扩束整形器。
本发明一种光束偏振态调节整形系统的工作过程为入射光束沿对称光轴O1O2传播，经过入射扩束整形器1扩束整形后，射向外反射式圆锥面反射镜7；被外反射式圆锥面反射镜7反射后，由于外反射式圆锥面反射镜7的反射锥面与对称光轴O1O2成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传播光束经过圆柱筒形曲面偏振器2后光束偏振态发生改变，而后经过内反射式圆锥面反射镜3反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，由于外反射式圆锥面反射镜7的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面平行，旋转矢量偏振光束与对称光轴O1O2平行，沿对称光轴O1O2传播依次经过入射二分之一波片4和出射二分之一波片5，通过调节入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的波片光轴夹角，可以调节旋转矢量偏振光束偏振态；出射二分之一波片5出射光束一侧置有出射扩束器6，将出射光束扩束调节到所需尺寸的圆环形旋转矢量偏振光束。
图2为本发明实施例的两种旋转矢量偏振光束偏振分布示意图，本系统实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化，并且具有对入射光束要求低、光束偏振态调节方便等优点。

Claims (6)

1、一种光束偏振态调节整形系统，由入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器构成；
入射扩束整形器、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式圆锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片和出射扩束器同对称光轴地依次位于入射光束光路上；
入射光束经过外反射式圆锥面反射镜反射后形成的径向传播光束，圆柱筒形曲面偏振器的对称轴与对称光轴重合，并且圆柱曲面与径向传播光束垂直；
外反射式圆锥面反射镜的反射锥面与内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，且外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜的反射锥面均与对称光轴成45度夹角；入射二分之一波片和出射二分之一波片与对称光轴垂直。
2、根据权利要求1所述的一种光束偏振态调节整形系统，其特征是：所述的外反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜。
3、根据权利要求1所述的一种光束偏振态调节整形系统，其特征是：所述的内反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射镜，或为反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜。
4、根据权利要求1所述的一种光束偏振态调节整形系统，其特征是：所述的圆柱筒形曲面偏振器为圆柱筒形偏振膜，或为圆柱曲面壳式偏振元件。
5、根据权利要求1所述的一种光束偏振态调节整形系统，其特征是：所述的入射扩束整形器为伽利略型扩束整形器，或为开普勒型扩束整形器。
6、根据权利要求1所述的一种光束偏振态调节整形系统，其特征是：所述的出射扩束器为伽利略型扩束器，或为开普勒型扩束器。
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