CN103424880A - 偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置,其特征在于，包括：可调扩束镜，共底双圆锥透射镜，入射光束经过可调扩束镜整形后再由共底双圆锥透射镜出射，产生中空环形光束；凹圆锥透射镜，中空环形光束从空气入射到凹圆锥透射镜后，从双折射晶体共底双圆锥体内分离寻常光和非寻常光；双折射晶体共底双圆锥体；旋涡型相位板，对光束相位进行调制的光学部件；中空环形光束通过凹圆锥透射镜并在双折射晶体共底双圆锥体内发生双折射使其从双折射晶体共底双圆锥体出射产生带涡旋相位的圆环形柱矢量光束，再经过旋涡型相位板后产生柱矢量光束。具有结构简单、稳定、高消光比和易于加工的特点，所产生的柱矢量光束具有高偏振度。

Description

偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种柱矢量偏振光束产生装置，特别是一种偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置。主要用于光学显微技术、激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光刻等领域。

背景技术

柱矢量光束（cylindrical vector beam）由于具有特殊的高数值孔径物镜聚焦性质及传播特性已经被应用到光信息存储、光学显微成像、平版印刷术、激光加工、微粒控制、光刻等等领域中。例如，通过波前相位及振幅调制后，柱矢量光束经高数值孔径物镜聚焦后，在焦点区域产生可用于微粒传输的沿光轴多焦点，即为光链。在实现超分辨率方面，柱矢量旋涡光聚焦后产生可突破光学衍射极限光斑，这可大大的提高光学显微成像的分辨率。然而，如何产生高质量的柱矢量光束是一切研究及应用的基础。在先前的技术中，通过在激光谐振腔内加入模式提取元件以此产生柱矢量光束，这不仅需要特殊的技术水平，而且对于现实商用激光器而言，对其进行本质上的改造，并不利于大规模的使用。在opticsletter上，研究人员利用偏振膜将圆偏振光转换成柱矢量光束【参见文献“Production of radiallyand azimuthally polarized polychromatic beams,”Opt.Lett.31(23),3405-3407(2006).】，但该方法存在几个不足之处：（1）利用偏振膜将径向传播的圆偏振光转变成径向传播的线偏振光，这样光束的质量依赖于偏振膜的好坏，而想要得到高纯度的柱矢量光束比较困难；（2）由于偏振膜很难固定，这并不利于将整个装置加工成一个整体，而且偏振膜机械稳定性不好，这进一步限制了该方法的实际应用。国外也有柱矢量光束产生方法公布，参见美国专利US7599069B2，专利名称：Vector beam generator using a passivelyphase stable optical interferometer，此方法具有结构复杂、利用光学相干原理导致系统定位要求高、所需要的衍射光学元件不易获得、矢量光束偏振度低等不足。

发明内容

本发明提供一种偏振棱镜产生高偏振度柱矢量偏振光束的装置，所设计的旋转对称偏振棱镜具有结构简单、稳定、高消光比、易于加工、光学元件容易获得和矢量光束偏振度高的特点。

本发明为了达到上述目的，可以提出以下方案：

本发明提供一种基于偏振棱镜产生高偏振度柱矢量偏振光束的装置，其特征在于，包括：可调扩束镜；共底双圆锥透射镜，共底双圆锥透射镜的左、右两端为圆锥面，分别为第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第二共底双圆锥透射镜圆锥面；凹圆锥透射镜，凹圆锥透射镜的左、右两端分别为光学平板和凹圆锥面；双折射晶体共底双圆锥体，双折射晶体共底双圆锥体的左、右两端为圆锥面，分别为第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面；以及旋涡型相位板；其中，可调扩束镜将入射光束转化为平行光束，入射光束为圆偏振光，平行光束入射到共底双圆锥透射镜，由共底双圆锥透射镜出射，产生中空环形光束，凹圆锥透射镜的凹圆锥面与双折射晶体共底双圆锥体的第一共底双圆锥透射镜圆锥面紧密嵌合在一起，凹圆锥透射镜的凹圆锥顶点的指向光束传播入射方向，中空环形光束传播方向为凹圆锥透射镜的光学平板的法线方向入射到光学平板，中空环形光束从空气入射到凹圆锥透射镜后，光束的传播方向不发生改变，然后中空环形光束经过凹圆锥透射镜在凹圆锥面上发生折射后入射到双折射晶体共底双圆锥体内，发生折射，折射光束分为寻常光与非寻常光，寻常光与非寻常光中的一种光束从双折射晶体共底双圆锥体的第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥曲面出射，形成带涡旋相位的圆环形柱矢量光束，带涡旋相位的圆环形柱矢量光束经过旋涡型相位板后，转化产生柱矢量光束，可调扩束镜、共底双圆锥透射镜、凹圆锥透射镜、双折射晶体共底双圆锥体、漩涡型相位板共有中心轴，为装置的系统对称轴。

本发明涉及的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，共底双圆锥透射镜的两个顶点的连线为其对称轴，并与系统对称轴重合。

进一步，第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面为凸圆锥面，双折射晶体共底双圆锥体的材料为双折射各向异性光学材料，并且第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面的顶点连线与光轴平行，并与系统对称轴重合。

进一步，第一双折射晶体共底圆锥体与系统对称轴的夹角θ₁和第二双折射晶体共底圆锥体与系统对称轴的夹角θ₂，当双折射晶体共底双圆锥体所对应的寻常光折射率n_o大于非寻常光主折射率n_e时，

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_e^{\text{'}\text{'}}\sin ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_e^{\text{'}\text{'}}\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(1\right)$

${\mathrm{\β}}_{o2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_o}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(2\right)$

且使得β_o2>α_o，非寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面平行透射，寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上全反射，当双折射晶体共底双圆锥体所对应的寻常光折射率n_o小于非寻常光主折射率n_e时，

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_0\sin ({\mathrm{\β}}_{o1}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_o\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ol}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(3\right)$

${\mathrm{\β}}_{e2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_e^{\′\′}}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(4\right)$

且使得β_e2>α_e，寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面平行透射，非寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上全反射，其中，n₄=1为空气的折射率，n_e为非寻常光的主折射率，n″_e为寻常光在双折射晶体共底双圆锥体的实际传播路径所对应的实际折射率，β_e1为入射光经第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面折射进入晶体内的非寻常光的折射角，β_o1为入射光经第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面折射进入晶体内的寻常光的折射角，α_o，α_e分别为寻常光与非寻常光在双折射晶体共底双圆锥体内的全反射角，透射光束的传播方向与系统对称轴平行。

进一步，通过改变共底双圆锥透射镜的长度，即、第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第二共底双圆锥透射镜圆锥面顶点之间的距离来改变带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的中心暗斑直径。

进一步，凹圆锥透射镜的材料为各向同性光学材料，凹圆锥透射镜的材料的折射率小于双折射晶体共底双圆锥体的折射率。

进一步，第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第二共底双圆锥透射镜圆锥面的外曲面为凸圆锥面，第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第共底双圆锥透射镜圆锥面的顶点连线为共底双圆锥的对称轴，共底双圆锥的材料为各向同性光学材料，凸圆锥面的横切面顶角为90°。

进一步，可调扩束镜是光束扩束倍率可调的光束扩束准直光学部件。

另外，旋涡型相位板是对光束相位进行调制的光学部件，其涡旋相位与带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的涡旋相位相反。

发明效果与作用

综上所述，本发明提供的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置中的关键和创新元件是共底双圆锥透射镜、凹圆锥透射镜、双折射晶体共底双圆锥体。其中，共底双圆锥透射镜产生中空环形光束，通过设计两个圆锥顶角角度及边长可以得到任意内外环半径的中空环形光束；凹圆锥透射镜，其材料为折射率低于双折射晶体共底双圆锥体折射率的各向同性光学材料，与双折射晶体共底双圆锥体第一圆锥面紧密嵌合在一起。因为其入射面法线与入射光束的入射方向平行，不影响光束的传播方向，提高光束传播的介质折射率；双折射晶体共底双圆锥体由于采用了双折射各向异性光学材料、光轴与其对称轴平行，合适的第一圆锥面与第二圆锥面的夹角，这使得从双折射晶体共底双圆锥体第二圆锥面出射直接产生高偏振度带涡旋相位的圆环形环柱矢量光束，同时由于利用了晶体的双折射特性而具有高消光比的特点，且结构简单稳定、易于加工。

附图说明

图1是本发明所涉及的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置示意图。。

图2是本发明所涉及的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置产生旋转对称的柱矢量光束的示意图。

图3是调节偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置后端的二分之一入射波片和二分之一出射波片的夹角产生旋转对称的柱矢量光束的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

图1为本发明所涉及的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置的示意图。

入射光束依次通过可调扩束镜101，共底双圆镜透射镜102，凹圆锥透射镜103，双折射晶体共底双圆锥体104以及漩涡型相位板105。入射光束经上述光学部件的过程有如下步骤：

步骤S1-01：

将入射光束经过可调扩束镜101整形后，产生平行光束入射到共底双圆锥透射镜102，共底双圆锥透射镜102的两个圆锥顶点连线与可调扩束镜101对称轴重合，为系统对称轴，且第一共底双圆锥透射镜圆锥顶点指向光束的入射方向，根据几何光学原理，光束经过共底圆锥透射镜102后形成中空环形光束。可调扩束镜101是光束扩束倍率可调的光束扩束准值光学部件。

在本优选的实施例中，入射光束波长为588nm；入射光束为圆偏振光。共底双圆锥透射镜102材料为K9光学玻璃，其底面直径为1.2cm，两端圆锥顶点的距离为1.844cm,前后凸圆锥的横切面顶角均为90度，可调扩束镜1为伽利略型。

步骤S1-02:

从共底圆锥透射镜102的第二共底圆锥透射镜圆锥面出射的中空环形光束入射到凹圆锥透射镜103的光学平板。凹圆锥透射镜103由于需要与双折射晶体共底双圆锥体104第一圆锥面紧密嵌合在一起，其加工非常困难，在这里采用光学平板与机械结构构成空心圆柱壳体，再往空心圆柱壳体里面注入水，将注水后的空心圆柱壳体与双折射晶体共底双圆锥体104紧密的封装起来，以此产生凹圆锥透射镜103，此时光学平板为凹圆锥透射镜103的入射表面，水为凹圆锥透射镜103中的各向同性光学材料并构成凹圆锥面。凹圆锥透射镜103与系统对称轴同轴放置，其内圆锥顶点指向光束的入射方向，中空环形光束的传播方向与凹圆锥透射镜103的入射表面法线平行，即、垂直入射到凹圆锥透射镜103的光学平板上。凹圆锥透射镜103的凹圆锥面与第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面紧密嵌合一起。中空环形光束从空气入射到凹圆锥透射镜103后，光束的传播方向不发生改变，光束传播的介质折射率提高，有利于从双折射晶体共底双圆锥体104使寻常光及非寻常光分离。中空环形光束在凹圆锥透射镜103的凹圆锥面上发生折射，并进入到双折射晶体共底双圆锥体104。

在本优选实施例中，凹圆锥透射镜103底面直径为1cm，内圆锥面及第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角均为17度。

步骤S1-03:

双折射晶体共底双圆锥体104的两个顶点的连线为其对称轴，且与系统对称轴重合，晶体光轴与系统对称轴平行，而且凹圆锥透射镜103的内圆锥面与第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面紧密嵌合一起。中空环形光束经凹圆锥透射镜103的内圆锥面折射进入双折射晶体共底双圆锥体104内，由于晶体双折射效应，在晶体内产生非寻常光与寻常光，由于非寻常光的折射率是随着光束传播方向与光轴夹角变化而改变的，所以需要同时通过调节第一双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₁及第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₂，可达到从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射的光束为寻常光与非寻常光的一种，而另一种光束将在晶体内发生全反射。

若寻常光折射率n_o大于非寻常光主折射率n_e，寻常光与非寻常光所对应的全反射角分别为α_o、α_e，其中,α_o=arcsin(1/n_o)、α_e=arcsin(1/n″_e),n″_e为非寻常光在双折射晶体内的实际传播路径所对应的实际折射率，根据光束在双折射晶体传播的原理，则得到以下式子：

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_e^{\text{'}\text{'}}\sin ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_e^{\text{'}\text{'}}\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(1\right)$

${\mathrm{\β}}_{o2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_o}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(2\right)$

其中β_e1为入射光经双折射晶体共底双圆锥体4第一圆锥面折射进入晶体内的非寻常光的折射角，n₄=1为空气的折射率，n₂为凹圆锥透射镜103折射率。若选取θ₁及θ₂同时满足式（1）及式（2）中β_o2>α_o时，非寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面平行出射,而寻常光在从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上全反射。

同理，若寻常光折射率n_o小于非寻常光主折射率n_e，根据光束在双折射晶体传播的原理，则得到以下式子：

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_0\sin ({\mathrm{\β}}_{o1}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_o\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ol}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(3\right)$

${\mathrm{\β}}_{e2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_e^{\′\′}}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(4\right)$

且使得β_e2>α_e，则得到寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上透射，而非寻常光在晶体内发生全反射。第一双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₁及第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₂根据公式（1）和（2）或者公式（3）和（4）的限定，使得寻常光与非寻常光中的一种光束可以从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射。最后得到从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射的光束为带涡旋相位的圆环形柱矢量光束，且该带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的传播方向与系统对称轴平行。

在本优选的实施例中，双折射晶体共底圆锥体104材料为BBO晶体，第一双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₁为17度，第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面与系统对称轴的夹角θ₂为29.28度，第一双折射晶体共底圆锥体圆锥面的底面直径为0.872cm，第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面的底面直径为2cm，双折射晶体共底圆锥体104第一及第二圆锥顶点间距为4.016cm，将夹角θ₁和夹角θ₂的值代入公式（1）和（2）计算得到，在本实施例中，最后从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射的光束为非寻常光的带涡旋相位的圆环形柱矢量光束。

步骤S1-04:

带涡旋相位的圆环形柱矢量光束出射光路上依次同对称轴设置有旋涡型相位板105，旋涡型相位板105是对光束相位进行调制的光学部件，其涡旋相位正好与带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的涡旋相位相反。如果从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射光束为非寻常光时，则旋涡型相位板105的透过率为

若从第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面出射光束为寻常光时，其透过率为

带涡旋相位的圆环形柱矢量光束经旋涡型相位板105调制后，其光束的涡旋相位被抵消掉，则出射光束为柱矢量光束。此外，调节共底双圆锥透射镜102的长度，即、两个凸圆锥面顶点的距离，可以改变带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的中心暗斑的直径。

本实施例中，因为从第二双折射晶体共底圆锥体第二圆锥面出射光束的为非寻常光，在旋涡型相位板105的透过率取

则可得到无涡旋相位的柱矢量光束。

本实施例成功实现了柱矢量光束的产生，并且具有实现方法简单、可靠性高、所产生的光束偏振度高等特点。

实施例2

图2为本发明所涉及的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置产生旋转对称的柱矢量光束的示意图。

如图2所示，给出了另一种本发明方法的实施例，基于上述柱矢量光束产生方法，在旋涡型相位板105的出射光束上依次设置有入射二分之一波片106和出射二分之一波片107。

图3为调节偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置后端的二分之一入射波片和二分之一出射波片的夹角产生旋转对称的柱矢量光束的示意图。

如图3所示，因为本实施中双折射晶体共底双圆锥体104材料为BBO晶体，此时，从旋涡型相位板5出射的柱矢量光束偏振态如图3(a)所示，现定义入射二分之一波片106和出射二分之一波片107光轴重合时，它们的光轴夹角β为0；保持入射二分之一波片6光轴不变，转动出射二分之一波片107，当顺时针旋转时，β为正，反之，为负。当β为0度时，由出射二分之一波片107出射的光束偏振态如图3(a)所示，为方位偏振光；当β为-45度时，由出射二分之一波片107出射的光束偏振态如图3(c)所示，为径向偏振光，即、偏振方向沿着光束横截面的半径方向的一种柱矢量光束；当β为任意值时，由出射二分之一波片107出射的光束偏振态如图3(b)所示，其光束偏振方向与径向的夹角φ₀等于π/2+2β,由此得到旋转对称的柱矢量光束。

综上所述，本发明提出的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的方法及装置，具有结构简单、稳定、高消光比、易于加工的特点。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于，包括：

可调扩束镜；

共底双圆锥透射镜，所述共底双圆锥透射镜的左、右两端为圆锥面，分别为第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第二共底双圆锥透射镜圆锥面；

凹圆锥透射镜，所述凹圆锥透射镜的左、右两端分别为光学平板和凹圆锥面；

双折射晶体共底双圆锥体，所述双折射晶体共底双圆锥体的左、右两端为圆锥面，分别为第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面；以及

旋涡型相位板；

其中，所述可调扩束镜将入射光束转化为平行光束，所述入射光束为圆偏振光，

所述平行光束入射到共底双圆锥透射镜，由所述共底双圆锥透射镜出射，产生中空环形光束，

所述凹圆锥透射镜的凹圆锥面与所述双折射晶体共底双圆锥体的第一共底双圆锥透射镜圆锥面紧密嵌合在一起，

所述凹圆锥透射镜的凹圆锥顶点的指向光束传播入射方向，所述中空环形光束传播方向为所述凹圆锥透射镜的光学平板的法线方向入射到所述光学平板，

所述中空环形光束从空气入射到凹圆锥透射镜后，光束的传播方向不发生改变，

然后所述中空环形光束经过凹圆锥透射镜在凹圆锥面上发生折射后入射到所述双折射晶体共底双圆锥体内，发生折射，折射光束分为寻常光与非寻常光，

所述寻常光与非寻常光中的一种光束从所述第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥曲面出射，形成带涡旋相位的圆环形柱矢量光束，

所述带涡旋相位的圆环形柱矢量光束经过旋涡型相位板后，转化产生所述柱矢量光束，

所述可调扩束镜、所述共底双圆锥透射镜、所述凹圆锥透射镜、所述双折射晶体共底双圆锥体、所述漩涡型相位板共有中心轴，为所述装置的系统对称轴。

2.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述共底双圆锥透射镜的两个顶点的连线为其对称轴，并与所述系统对称轴重合。

3.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面为凸圆锥面，所述双折射晶体共底双圆锥体的材料为双折射各向异性光学材料，并且第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面和第二双折射晶体共底双圆锥体圆锥面的顶点连线与光轴平行，并与所述系统对称轴重合。

4.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述第一双折射晶体共底圆锥体与系统对称轴的夹角θ₁和所述第二双折射晶体共底圆锥体与系统对称轴的夹角θ₂，

当所述双折射晶体共底双圆锥体所对应的寻常光折射率n_o大于非寻常光主折射率n_e时，

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_e^{\text{'}\text{'}}\sin ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_e^{\text{'}\text{'}}\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{el}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(1\right)$

${\mathrm{\β}}_{o2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_o}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(2\right)$

且使得β_o2>α_o，所述非寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面平行透射，所述寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上全反射，

当所述双折射晶体共底双圆锥体所对应的寻常光折射率n_o小于非寻常光主折射率n_e时，

${\mathrm{\θ}}_2=a\tan \[\frac{n_0\sin ({\mathrm{\β}}_{o1}+{\mathrm{\θ}}_1)-n_4}{n_o\cos ({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ol}}+{\mathrm{\θ}}_1)}\]---\left(3\right)$

${\mathrm{\β}}_{e2}=a\sin \left(\frac{n_2}{n_e^{\′\′}}\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2---\left(4\right)$

且使得β_e2>α_e，所述寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面平行透射，所述非寻常光从第二双折射晶体共底圆锥体圆锥面上全反射，

其中，n₄=1为空气的折射率，n_e为非寻常光的主折射率，n″_e为所述寻常光在所述双折射晶体共底双圆锥体的实际传播路径所对应的实际折射率，β_e1为入射光经第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面折射进入晶体内的非寻常光的折射角，β_o1为入射光经第一双折射晶体共底双圆锥体圆锥面折射进行晶体内的寻常光的折射角，

所述α_o，α_e分别为所述寻常光与所述非寻常光在所述双折射晶体共底双圆锥体内的全反射角，

透射光束的传播方向与系统对称轴平行。

5.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，通过改变所述共底双圆锥透视镜的长度，即、第一共底双圆锥透视镜圆锥面和第二共底双圆锥透视镜圆锥面顶点之间的距离来改变所述带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的中心暗斑直径。

6.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述凹圆锥透射镜的材料为各向同性光学材料，所述凹圆锥透射镜的材料的折射率小于双折射晶体共底双圆锥体的折射率。

7.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第二共底双圆锥透射镜圆锥面的外曲面为凸圆锥面，所述第一共底双圆锥透射镜圆锥面和第共底双圆锥透射镜圆锥面的顶点连线为所述共底双圆锥的对称轴，所述共底双圆锥的材料为各向同性光学材料，所述凸圆锥面的横切面顶角为90°。

8.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述可调扩束镜是光束扩束倍率可调的光束扩束准直光学部件。

9.根据权利要求1所述的偏振棱镜产生柱矢量偏振光束的装置，其特征在于：

其中，所述旋涡型相位板是对光束相位进行调制的光学部件，其涡旋相位与所述带涡旋相位的圆环形柱矢量光束的涡旋相位相反。

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