[發明專利]基于偶氮苯聚合物的軸對稱相位延遲片及制作裝置

無效

• 申請號: 200910116349.0
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101515043A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 王克逸;黃金堂;韋瑋;雷張源
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02B1/04
• 分類號: G02B1/04;G02B5/30;C08J5/18;C08L33/14;G01N21/23
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

激光光束偏振轉換領域，特別涉及一種特殊的偏振光束轉換器件——軸對稱相位延遲片及其制作裝置。

背景技術

偏振是激光的一個重要的性質。通常意義下的偏振光是指線偏振光、圓偏振光和一般橢圓偏振光。這些偏振光，在與其光束傳播方向相垂直的每一個波陣面都只有一個方向的偏振矢量，稱為偏振均勻的偏振光。軸對稱偏振光是近幾年發展起來的一種新型的偏振非均勻的偏振光，與傳統的偏振光不同，軸對稱偏振光在每一個波陣面上具有關于中心對稱的各個方向的偏振矢量。根據波陣面上偏振矢量分布的不同，軸對稱偏振光可以分為徑向偏振光、角向偏振光和一般軸對稱偏振光。徑向偏振光是指偏振矢量沿著波陣面上光斑的半徑分布的軸對稱偏光；角向偏振光是指偏振矢量沿著以光斑中心軸為圓心的圓周分布的軸對稱偏振光；一般軸對稱偏振光是指偏振矢量與光斑的半徑的夾角為0到90度之間的軸對稱偏振光。徑向偏振光在聚焦時具有極強的縱向矢量和極小的橫向光斑；角向偏振光聚焦時只有角向的偏振矢量；一般軸對稱偏振光在偏振矢量與光斑半徑成特殊的角度(24°)時，其聚焦光斑產生平頂聚焦的現象。這些性質使得軸對稱偏振光在光操縱，光波導，激光材料加工和高分辨率顯微測量等領域具有廣泛的應用前景。

對于軸對稱偏振光的產生，目前出現的方法有高雙折射晶體法、全光纖裝置法，液晶偏振轉換器件法，馬赫-曾特(Mach-Zehnder)干涉法，全息圖法，亞波長光柵法，激光諧振腔法和軸對稱偏振片法等方法。這些方法的缺點是能量利用率低、器件制作成本高和實驗操作極其復雜。德國馬普研究所的G.LEUCHS研究組利用將八塊二分之一波片組合成的一個主軸在空間上呈特定分布的偏振轉換器件將線偏振光轉換成徑向偏振光。這種方法具有很高的能量的利用率，但是對各塊波片的形狀和主軸分布方向要求很高，制作困難，另外，這種偏振轉換器件在將光斑分成八個區域，生成的軸對稱偏振光的偏振態也分成八個區域，在各個區域內偏振態為均勻分布，即這種方法生成的軸對稱偏振光并不是真正意義的軸對稱偏振光。美國羅切斯特大學的Thomas?G.Brown研究組在美國國家專利US2007/0115551中提出利用一種壓致雙折射的器件把線偏振光轉換成軸對稱偏振光的方法。這種方法通過在一個圓形的壓致雙折射的晶體邊緣間隔120度施加一個向圓心的作用力，從而在晶體內部產生一定分布的雙折射，通過控制作用力的大小使晶體的雙折射達到可以使待轉換的偏振光的相位延遲達到180°，再通過和二分之一波片的組合實現將線偏振光轉換成為軸對稱偏振光。這種方法的缺點是對晶體的材料要求很高，且在作用力的控制上很難掌握準確。美國專利US6972906B2提出的一種基于亞波長光柵的偏振轉換方法，這種方法利用電子書直寫的方法在砷化鎵薄膜上刻寫空間分布的亞波長光柵，可以實現將圓偏振光轉換成為軸對稱偏振光。這種方法的缺點是在光柵的參數要求很高，設計較難，并且采用電子束刻寫，成本高效率低。

偶氮苯聚合物是一種新型的有機材料，通常情況下其分子以穩定的反式結構存在，材料對外表現各向同性。當材料被其吸收光譜內的線偏振光照射時，內部偶氮苯分子將發生光致異構并重取向，由反式結構變成順式結構，并垂直于線偏振光的偏振方向重新取向。此時，材料對外表現各向異性的性質。但是，偶氮薄膜材料在發生光致異構和重取向的同時，其表面會發生質量遷移，從而產生薄膜表面起伏，這樣會影響所制作的光學器件的性能。為了解決這個問題，在合成材料時引進交聯機制，通過在材料中形成可交聯的自由基結構，在薄膜制備時，加入相關的交聯步驟，使材料薄膜中偶氮苯分子相互交聯成網狀結構。這種材料具有較高的玻璃溫度和良好的機械性能，可以大大提高材料的光學和熱學穩定性。

發明內容

為了解決現有的軸對稱偏振光的產生方法能量利用率低，關鍵器件制作復雜等問題，本發明提供一種制作簡單、能量利用率高和柔性大的基于偶氮苯聚合物軸對稱相位延遲片的產生方法，主要涉及其關鍵器件軸對稱相位延遲片的制作。

實現上述目的的技術解決方案如下：

基于偶氮苯聚合物的軸對稱相位延遲片材料為交聯的偶氮苯聚合物薄膜，可交聯的偶氮苯聚合物化學結構式如下：

將可交聯的偶氮苯聚合物5克溶解在體積為100ml的環戊酮溶液，形成質量體積百分比濃度為5％的溶液，并在溶液中加入2克的偶氮二異丁腈(AIBN)作為引發劑；將配好的溶液滴涂在蓋玻片上形成薄膜；在氮氣的環境下，溫度120℃，持續加熱2小時，即制得交聯的偶氮苯聚合物薄膜。

激發光機構、實時檢測機構、精密旋轉臺、光電探測器、鎖相放大器和計算機；