CN208078371U - 一种输出矢量偏振光的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种输出矢量偏振光的装置，包括由左至右依次同光轴地设置的线偏振光输出激光器和径向偏振转换器，线偏振光输出激光器输出的线偏振光经过径向偏振转换器输出矢量偏振光；线偏振光输出激光器包括由左至右依次同光轴地设置的泵浦源、准直聚焦系统、输入镜、增益介质和输出镜，其结构合理，成本低，转换效率高，无分割拼接，可实现宽波长范围起偏，无特定波长要求。

Description

一种输出矢量偏振光的装置

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种输出矢量偏振光的装置。

背景技术

激光自问世以来，在工业领域发挥着越来越大的作用。激光作为横电磁波，其电场矢量始终处于与其传播方向垂直的平面内，而偏振作为电磁波最基本的特征之一，是由电场矢量表征的。在主平面内的电场矢量的振动具有多种状态。根据振动状态的均匀性可以将激光分为均匀偏振光与非均匀偏振光。均匀偏振光包括通常所说的线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。非均匀偏振光为径向偏振光与角向偏振光。最近的研究发现，电矢量具有轴对称的偏振光在物理及材料加工方面具有不可替代的优势，因而目前已受到国内外学者的广泛关注。径向偏振光和角向偏振光刚好具有电矢量轴对称的特性。径向偏振光具有完美的光束轴对称性，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点。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、卓越的光束特性；径向偏振光和角向偏振光都是偏振本征态，它们在c切向的晶体内传播时，不会发生电场矢量串扰的现象，而均匀偏振光则没有这个性质，径向偏振光在高数值孔径的透镜聚焦下，可以产生超越衍射极限的极小聚焦光斑，比线偏振光和圆偏振光的聚焦光斑质量更好；在金属加工方面，采用径向偏振光的金属切割效率是圆偏振光效率的两倍。另一方面，径向偏振光相对于角向偏振光而言，具有以下特性:径向偏振光经过透镜聚焦系统后，在远场能形成单个极小的聚焦光斑，而角向偏振光则形成多个聚焦光斑；在金属切割中，由于径向偏振光始终是p分量的偏振光，其方向始终平行于金属表面，因此其角度因素不会对切割过程产生影响；在金属钻孔中，径向偏振光较之角向偏振光，其钻孔形状更均匀钻孔深度更深。近年来，径向偏振光的这些特性得到了许多新的应用，例如在捕捉和操控金属粒子、金属切割、提高显微镜的分辨率、提高存储密度、研制新型干涉仪等方面。随着人们对径向偏振光研究的不断深入，它的一些新特性将会被发现，从而将在越来越多的领域得到更为广泛的应用。

目前，径向偏振光的产生可以分为在腔内法和在腔外法。腔内法是通过在激光谐振腔内设置具有偏振选择性的光学元件直接产生轴对称偏振光束，可以产生相对稳定的径向/角向偏振光，腔外法是谐振腔外转换实现。但是现有的偏振光输出激光器多存在体积较大，损伤性能较差，无法承载高功率，转换效率低，价格昂贵，难于推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种输出矢量偏振光的装置，以解决现有技术中所存在的体积较大，损伤性能较差，无法承载高功率，转换效率低，价格昂贵，难于推广。

为实现上述目的，本实用新型方法提供一种输出矢量偏振光的装置，所述输出矢量偏振光的装置包括由左至右依次同光轴地设置的线偏振光输出激光器和径向偏振转换器，线偏振光输出激光器输出的线偏振光经过径向偏振转换器输出矢量偏振光；线偏振光输出激光器包括由左至右依次同光轴地设置的泵浦源、准直聚焦系统、输入镜、增益介质和输出镜。

可选地，泵浦源为输出光波长为nm的泵浦源。

可选地，输入镜的输入面镀膜结构为S:AR@nm。

可选地，输入镜的输出面镀膜结构为S：AR@nm、HR@nm。

可选地，增益介质为Nd:YVO。

可选地，输出镜的输入面镀膜结构为S:t＝％@nm。

可选地，输出镜的输出面镀膜结构为S:AR@nm。

可选地，输出镜后方设置有一个nm的半波片和一个棱镜。

可选地，准直聚焦系统包括凸透镜。

可选地，准直聚焦系统包括两个凸透镜。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，能够解决现有技术中所存在的体积较大，损伤性能较差，无法承载高功率，转换效率低，价格昂贵，难于推广，其输出光的光束质量好，径向偏振纯度高，其结构合理，成本低，转换效率高，无分割拼接，可实现宽波长范围起偏，无特定波长要求。

附图说明

图1为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的结构示意图。

图2为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的具体结构示意图。

图3为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的径向偏振光示意图。

图4为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的角向偏振光示意图。

图5为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的径向偏振转换器结构示意图

图6为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的产生径向偏振光的原理示意图。

图7为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的产生角向偏振光的原理示意图。

图8为本实用新型的输出矢量偏振光的装置的同时输出径向、角向矢量偏振光激光器结构示意图。

图中，1为线偏振光输出激光器，2为径向偏振转换器，3为线偏振光，4为矢量偏振光，5为泵浦源，6为准直聚焦系统，7为输入镜，8为增益介质，9为输出镜，10为半波片，11为棱镜，12为垂直偏振光，13为水平偏振光。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例

一种输出矢量偏振光的装置，参见图1至图7，所述输出矢量偏振光的装置包括由左至右依次同光轴地设置的线偏振光输出激光器1和径向偏振转换器2，线偏振光输出激光器1输出的线偏振光3经过径向偏振转换器2输出矢量偏振光4；线偏振光输出激光器1包括由左至右依次同光轴地设置的泵浦源5、准直聚焦系统6、输入镜7、增益介质8和输出镜9。

可见，本实施例的输出矢量偏振光的装置，线偏振光输出激光器1可以采用直接输出线偏振光的激光器，也可以采用输出非线偏光的激光器加一起偏器，将输出变为线偏振光3。径向偏振转换器2可以采用基于微纳器件的矢量偏振发生装置，径向偏振转换器2可以采用基于飞秒直写技术制作的微纳结构器件。利用径向偏振转换器2可以的特性将线偏振光输出激光器1输出线偏振光转换为所需的矢量偏振光4。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，还可以包括如下结构，泵浦源5为输出光波长为808nm的泵浦源。输入镜7的输入面镀膜结构为S1:AR@808nm。输入镜7的输出面镀膜结构为S2：AR@808nm、HR@1064nm。增益介质8为Nd:YVO₄。输出镜9的输入面镀膜结构为S1:t＝40％@1064nm。输出镜9的输出面镀膜结构为S2:AR@1064nm。由于Nd:YVO₄,各向异性，泵浦源5、准直聚焦系统6、输入镜7、增益介质8和输出镜9构成线偏振光输出激光器1，其输出线偏振光经过径向偏振转换器2输出矢量偏振光4。

优选的，准直聚焦系统6包括凸透镜。

优选的，准直聚焦系统6包括两个凸透镜。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，还可以包括如下结构，输出镜9后方设置有一个1064nm的半波片10和一个棱镜11。这样，线偏振光激光器1输出线偏振光3先经过一给1064nm的半波片10，该半波片10可以改变线偏振光3的偏振方向，然后经过一个棱镜11，棱镜11起分光作用，该棱镜11将垂直偏振光12全部透过，将水平偏振光13全部反射。具体的通过旋转半波片10的光轴方向来控制改变入射至棱镜11的光束的偏振方向，进而控制棱镜11透射和反射的光束比例，分别从棱镜11透射垂直偏振光12和反射的水平偏振光13束均经过一径向偏振转换器2，分别被转换为径向偏振光和角向偏振光，从而实现了同时输出径向、角向矢量偏振光，而且径向、角向矢量偏振光的比例可以控制。线偏振光输出激光器1的下面设置有支撑平台，支撑平台的内部设置有支撑腔，支撑腔内壁上设置有螺旋状槽。螺旋状槽的内壁之间均匀分布地连接有至少两个加强网。加强网的边缘处设置有网框。网框的外部套设有阻尼圈。阻尼圈与螺旋状槽的内壁相接触。相邻的网框之间连接有均匀分布的至少两个弹簧。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，线偏振光输出激光器1可以是具体结构的808nm泵浦产生的1064nm激光器，还可以是各种固体激光器，各种半导体激光器，各种光纤激光器结构的线偏振激光器均可。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，采用是的腔外法产生径向/角向偏振光。

径向偏振光可以做如下定义：所谓径向偏振光是指电矢量振动方向在光束横截面上具有轴对称特性并且始终沿径向的一种偏振光。其定义源于电场强度的表达式，电场中每点的电矢量相对于矢径旋转角度为ψ，则其电场强度可表示为：E(r,θ)＝E₀(r)[rcosψ+θsinψ]；

式中r、θ，分别为径向和角向的单位矢量。当ψ＝0时，电场强度可表示为E(r,θ)＝E₀(r)r，轴对称偏振光束是径向偏振光，电场强度矢量始终平行于半径方向，如图3所示；当ψ＝π/2时，电场强度可表示为E(r,θ)＝E₀(r)θsinψ，轴对称偏振光束是角向偏振光，电场强度矢量始终垂直于半径方向，如图4所示。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，通过将径向偏振转换器2置于腔外，在固体激光器或光纤激光器中实现高径向偏振纯度、高峰值功率的调Q或者连续的径向偏振光输出。如图3所示，在光束横截面内，偏振方向终平行于半径方向。如图4所示，在光束横截面内，偏振方向终垂直于半径方向。如图5所示，径向偏振转换器2将线偏振光3输出激光器输出线偏振光转换为所需的矢量偏振光4。如图6所示，径向偏振转换器2的镜面垂直放置时，线偏振光输出激光器1输出垂直偏振激光时，线偏振光3经过该径向偏振转换器2变为径向偏振光。如图7所示，径向偏振转换器2的镜面垂直放置时，线偏振输出激光器1输出水平偏振激光时，线偏振光3经过该径向偏振转换器2变为径向偏振光。

本实用新型的输出矢量偏振光的装置，其输出光偏振方向可以是径向或者角向，或者同时输出径向和角向偏振。其具体涉及矢量偏振的产生和转换，能够被应用到光镊、超分辨成像、超精密加工等一系列应用光学领域，具有良好和广泛的应用前景。

需要说明的是，本实用新型的输出矢量偏振光的装置，主要对上述结构进行了改进，其他未提及的功能、部件及结构，在需要时，可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种输出矢量偏振光的装置，其特征在于，所述输出矢量偏振光的装置包括由左至右依次同光轴地设置的线偏振光输出激光器(1)和径向偏振转换器(2)，线偏振光输出激光器(1)输出的线偏振光(3)经过径向偏振转换器(2)输出矢量偏振光(4)；线偏振光输出激光器(1)包括由左至右依次同光轴地设置的泵浦源(5)、准直聚焦系统(6)、输入镜(7)、增益介质(8)和输出镜(9)。

2.如权利要求1所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，泵浦源(5)为输出光波长为808nm的泵浦源。

3.如权利要求2所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，输入镜(7)的输入面镀膜结构为S1:AR@808nm。

4.如权利要求3所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，输入镜(7)的输出面镀膜结构为S2：AR@808nm、HR@1064nm。

5.如权利要求4所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，增益介质(8)为Nd:YVO₄。

6.如权利要求5所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，输出镜(9)的输入面镀膜结构为S1:t＝40％@1064nm。

7.如权利要求6所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，输出镜(9)的输出面镀膜结构为S2:AR@1064nm。

8.如权利要求7所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，输出镜(9)后方设置有一个1064nm的半波片(10)和一个棱镜(11)。

9.如权利要求1所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，准直聚焦系统(6)包括凸透镜。

10.如权利要求1所述的输出矢量偏振光的装置，其特征在于，准直聚焦系统(6)包括两个凸透镜。