CN107783308A - 一种宽带径向偏振转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供一种宽带径向偏振转换器，包括十六个宽带扇形半波片，每个单独的扇形宽带半波片采用石英晶体、氟化镁晶体和蓝宝石晶体垂直正交组合而成；组合扇形半波片光轴角度分别为0°，‑11.25°，‑22.5°，‑33.75°，‑45°，‑56.25°，‑67.5°，‑78.75°，90°，78.75°，67.5°，56.25°，45°，33.75°，22.5°，11.25°十六个扇形半波片采用胶水连接成一个圆形宽带径向偏振转换器。该结构克服了传统径向偏振转换器的精度低以及单波长问题，径向精度更高，波长更宽，本发明的一种宽带径向偏振转换器对波长、温度不敏感，加工容易，使用方便。
Description
技术领域
本发明专利属于光学元件偏振领域，尤其是一种宽带径向偏振转换器。
背景技术
在光学应用中，偏振是电磁波最基本的特征之一，常见的偏振光有线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光；而最近人们开始对一种具有轴对称偏振的激光束产生了极大的兴趣，这就是径向偏振光和角向偏振光。
对于这两种偏振态的定义为，如果场中的每个点的电场矢量相对矢径方向的旋转角度为φ, 则该点的电场强度一般表示为E( r ,θ) = E0 ( r)（rcosφ + θsinφ）,其中r为径向的单位矢量,θ是角向(切向) 的单位矢量，当φ = 0时,表示径向偏振矢量:当φ≠0时,为角向偏振矢量。
由于径向偏振光完美的轴对称分布，使得它与线偏振光和圆偏振光相比有着许多显著不同的特性。比如径向偏振光具有沿光轴对称的电场分布以及中空的圆环型光束结构；只有横向的磁场和沿轴的纵向的电场；并且径向偏振光和角向偏振光都是偏振本征态,它们在C 切向晶体中传播时, 不会发生串扰; 径向偏振光在高数值孔径透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小得焦点, 比线偏振光和圆偏振光的聚焦点小得多,而且焦点区域的纵向电场变得非常强。因此，径向偏振光与角向偏振光的应用非常广阔，例如引导和捕捉粒子、粒子加速、提高显微镜的分辨率、金属切割以及提高存储密度等。
径向偏振光产生的方法可以分为两类：即腔内法和外部转化法。世界上第一束径向偏振光是由日本的Mushiake在1972年通过实验得到的，在国内1985年由中科院高能物理研究所的庄杰佳利用四块扇形的半波片胶合成的光学元件第一次产生了径向偏振光；另一改进是由以色列Machavariani等人将四块扇形半波片变为八块半波片，这样使产生的光更接近完美的径向偏振光，每一块双折射晶体的慢轴都指向不同的方向，这样的偏振转换器比起其它方法，具有设计简单，操作方便，不需要高精度调节等优点。但是此结构为单波长结构，精度低。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种高精度、宽带径向偏振转换器。
由于目前的径向偏振转换器是单波长的，只能满足一种波长的需求；因此，本发明专利采用三片结构组合而成一个扇形宽带半波片，扇形宽带半波片的材料为石英晶体、氟化镁晶体和蓝宝石晶体。
进一步的，常规的制作为八种不同光轴角度的扇形半波片，本发明专利采用十六个不同光轴角度的扇形宽带半波片，光轴角度分别为0°，-11.25°，-22.5°，-33.75°，-45°，-56.25°，-67.5°，-78.75°，90°，78.75°，67.5°，56.25°，45°，33.75°，22.5°，11.25°，十六个扇形半波片采用胶水侧面连接成一个圆形宽带径向偏振转换器。。
进一步的，当宽带线偏振光平行于扇形半波片径向光轴入射到中心光斑时，每个部件的扇形半波片将线偏振光的方向单独进行旋转，十六个扇形宽带半波片的宽带线偏振光转换成径向偏振光。
进一步的，当宽带线偏振光垂直于扇形半波片径向光轴入射到中心光斑时，每个部件的扇形半波片将线偏振光的方向单独进行旋转，十六个扇形宽带半波片的宽带线偏振光转换成角向偏振光。
附图说明
图1为本发明专利的一种宽带径向偏振转换器示意图；
图2为本发明专利的一种宽带径向偏振转换器的部件一示意图；
图3为本发明专利的一种宽带径向偏振转换器的波片延迟示意图；
图4为本发明专利的一种宽带径向偏振转换器的光路示意图。
具体实施例
为了更好的对本发明专利进行阐述，下面将结合附图做详细说明。
如图1所示，一种宽带径向偏振转换器，包括部件101、102、103、104、105
106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116十六个扇形部件，每个单独的扇形部件为组合宽带半波片；组合扇形半波片光轴角度分别为0°，-11.25°，-22.5°，-33.75°，-45°，-56.25°，-67.5°，-78.75°，90°，78.75°，67.5°，56.25°，45°，33.75°，22.5°，11.25°，十六个扇形半波片采用胶水侧面连接成一个圆形宽带径向偏振转换器。
如图2所示，扇形宽带半波片采用三片式组合，将图1的扇形半波片101分析， 21为石英晶体，22为氟化镁晶体，23为蓝宝石晶体，扇形半波片在需求波段延迟精度高。例如图3，需求波段580nm-1280nm整个波段，设计的石英晶体、氟化镁晶体和蓝宝石晶体垂直正交组合，厚度分别为1718.4mm，375.7mm，1423.4mm，延迟精度达到1/100。每个扇形半波片的光轴角度不一样，组合在一起时，当宽带线偏振光平行于扇形半波片101的光轴入射到中心光斑时，每个部件的扇形半波片将线偏振光的方向单独进行旋转，转换成沿径向偏振光如图4所示。
上述具体实施方式不能认为是对本发明专利的进一步限定，本领域技术人员根据本发明专利内容作出的非实质性改变均应落入本发明专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种宽带径向偏振转换器，其特征在于：包括十六个宽带扇形半波片，每个单独的扇形宽带半波片采用石英晶体、氟化镁晶体和蓝宝石晶体垂直正交组合而成；组合扇形半波片光轴角度分别为0°，-11.25°，-22.5°，-33.75°，-45°，-56.25°，-67.5°，-78.75°，90°，78.75°，67.5°，56.25°，45°，33.75°，22.5°，11.25°，十六个扇形半波片采用胶水连接成一个圆形宽带径向偏振转换器。
2.如权利要求1所述的一种宽带径向偏振转换器，其特征在于：当宽带线偏振光平行于扇形半波片径向光轴入射到中心光斑时，每个部件的扇形半波片将线偏振光的方向单独进行旋转，十六个扇形宽带半波片的宽带线偏振光转换成径向偏振光。
3.如权利要求1所述的一种宽带径向偏振转换器，其特征在于：当宽带线偏振光垂直于扇形半波片径向光轴入射到中心光斑时，每个部件的扇形半波片将线偏振光的方向单独进行旋转，十六个扇形宽带半波片的宽带线偏振光转换成角向偏振光。
4.如权利要求1所述的一种宽带径向偏振转换器，其特征在于：在580nm-1280nm整个波段，设计的石英晶体、氟化镁晶体和蓝宝石晶体垂直正交组合，厚度分别为1718.4mm，375.7mm，1423.4mm，延迟精度达到1/100，满足580nm-1280nm宽带径向偏振转换器需求。
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