[發明專利]任意偏振分布矢量光束的生成裝置

無效

• 申請號: 200710191085.6
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101178484A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 丁劍平;汪喜林;陳璟;樊亞仙;王慧田
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及矢量光束的生成裝置，特別是一種動態實時的任意偏振分布矢量光束的生成裝置。

背景技術

光波包含頻率、位相、強度和偏振等方面的信息，我們進行科學研究所使用的光束通常是非偏振光或是線偏振、園偏振、橢圓偏振等形態的偏振光。這些光束的偏振特性比較簡單，在垂直于光束傳播方向的平面內其偏振分布是均勻的，被稱為均勻偏振光束，一般情況下，可以使用標量光束模型分析描述其傳播過程。處理這些光束的相關問題時，我們一般采用標量理論，所以這類光束又可以統稱為標量光束。為了對光的偏振信息進行更好的利用，人們提出了矢量光束的概念。與標量光束不同，矢量光束是指偏振形態復雜或者傳播行為對振動方向敏感的一類光束，這類光束的相關問題的處理必須采用矢量理論。

1993年，德國達姆施塔特應用物理研究所E.G.Churin等人獲得了兩種可配置偏振態的矢量光束(E.G.Churin，J.Ho?feld，and?T.Tschudi，“Polarizationconfigurations?with?singular?point?formed?by?computer?generated?holograms”，Opt.Commun?99，13-17(1993))。他們利用分束器將一束線偏振光分成偏振方向互相垂直的兩束，然后利用1/4波片把這兩束線偏振光分別轉化為左旋的圓偏振光和右旋的圓偏振光，兩束圓偏振光對稱入射到事先制作好的計算全息光柵上，調節光柵使得一束入射圓偏振光的+1級衍射波和另一束圓偏振光的-1級衍射波相干疊加便可以產生矢量光束。這種方法的缺點是每一個計算全息圖只能產生一種對應的矢量光束。要產生不同偏振態的矢量光束必須重新設計制作計算全息圖并對光路進行再調節，其生成過程是離線工作方式。接下來的時間里，由于矢量光束的生成難度較大，其優點也未被充分認識，矢量光束方面的研究處于停滯狀態。直到2000年，美國羅徹斯特大學光學研究中心K.S.Youngworth和T.G.Brown等人在Opt.Express上發表文章，理論上計算了兩種特殊矢量光束在高數值孔徑物鏡聚焦下的性質，得到了引人屬目的結果(K.S.Youngworthand?T.G.Brown，Opt.Express?7，77(2000))。其中一種特殊矢量光束即徑向偏振光通過高數值孔徑的透鏡聚焦后可以獲得強的非傳播縱向場分量，從而形成尖銳的焦點，而另一種特殊矢量光束即旋向偏振光可以通過聚焦獲得中空光場。這些理論結果引起了光學界的廣泛重視，光學工作者也開始投入大量精力研究矢量光束，尤其是它的產生方法。2002年以色列科學家Z.Bomzon等人在Opt.Lett.上發表文章，利用特定結構的隨空間變化的亞波長介電柵，在10.6微米波長處獲得了徑向偏振光束和旋向偏振光束兩種特殊的矢量光束(Z.Bomzon?et?al，，Optics?Letters，27，285(2002))。2002年英國劍橋大學M.Neil等人利用Wollaston棱鏡和二元鐵電空間光調制器等設計了一個光學系統，不僅獲得了徑向偏振光束和旋向偏振光束而且得到了偏振態介于二者之間的一系列矢量光束(M.A.A.Neil?et?al，Opt?ics?Letters，27，1929(2002))。2005年美國芝加哥大學的K.Toussaint等人利用特殊設計的主要由兩個衍射光學元件組成的光學系統，生成了和M.Neil的工作類似的矢量光束(K.C.Toussaint?et?al，Optics?Letters，30，2846(2005))。2005年日本東北大學的Sato等人利用圓錐形的Brewster設計激光諧振腔生成徑向偏振光束。并接著在2006年，又利用C-切割Nd:YVO₄晶體的雙折射性質，設計了特殊的激光諧振腔生成徑向偏振光束(Y.Kozawa?and?S.Sato，Optics?Letters，30，3063(2005)；K.Yonezawa，Y.Kozawa，and?S.Sato，Optics?Letters，31，2151(2006))。2007年3月，奧地利因斯布魯克醫科大學的C.Maurer等人在New?Jour.Phys.發表文章，利用Wollaston棱鏡和反射式空間光調制器等組成光學系統，生成了拉蓋爾-高斯光束這樣一類特殊的矢量光束(C.Maurer?et?al，，New?J.Phys.9，78(2007))。