[發明專利]偏振轉換器、矢量光束生成系統及方法

無效

• 申請號: 201210562648.9
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103033945A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 周哲海;譚峭峰;顧華榮;祝連慶
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學;清華大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 賀持緩

技術領域

本發明涉及光學技術領域，特別涉及一種偏振轉換器、矢量光束生成系統及方法。

背景技術

近年來，隨著研究與應用的不斷深入，調控光束的偏振態以產生具有空間不均勻偏振分布的偏振光束引起了學術界的極大關注，成為光學領域的一個研究熱點。這種具有空間不均勻偏振分布的偏振光束被稱為矢量光束(Vector?beams)。通過有目的地調控光場空間的偏振態將產生一些新的光學現象或效應，并因此擴展和增強傳統光學儀器與系統的性能，如實現光學超分辨、進行微小粒子捕獲、提高材料加工效率和質量等。

現有技術中的生成矢量光束的方法根據生成方法是否涉及增益媒質分為有源方法和無源方法兩大類。其中，有源方法通常是直接在激光腔內加入特定偏振模式選擇器件直接輸出不同類型的矢量光束；無源方法則是在激光腔外利用特定設計的光學器件和系統或利用干涉結構通過不同模式疊加，將偏振空間均勻的光束轉換為偏振空間不均勻的矢量光束。發明人發現，現有技術中的方法多數只能生成單一波長或較短波段范圍的矢量光束，無法靈活地應用在寬波段的光學系統中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種偏振轉換器、矢量光束生成系統及方法，實現在較寬波段內靈活地將線偏振光轉換為不同偏振分布的矢量光束。

本發明實施例提供一種偏振轉換器，包括：多個等面積且呈扇形狀的分塊亞波長介質光柵；其中，

所述多個等面積且呈扇形狀的分塊亞波長介質光柵的光柵周期相同，光柵刻槽的取向相同；通過按預設條件設定所述所有分塊亞波長介質光柵的光柵刻槽在空間的取向，將入射至所述偏振轉換器的偏振空間均勻的線偏振光轉換為多種不同形式的偏振空間不均勻的矢量光束。

本發明實施例還提供一種矢量光束生成系統，包括：

激光器，用于發出激光束；

濾波系統，用于將所述激光束進行濾波，

準直透鏡，用于將所述濾波后的激光束準直為平行光束；

擴束系統，用于將所述平行光束調整成適當大小的光斑；

偏振片，用于將所述光斑轉換為偏振空間均勻的線偏振光，所述線偏振光的方向由所述偏振片的通光方向確定；

偏振轉換器，用于將入射的所述線偏振光轉換為偏振空間不均勻的矢量光束；

其中，通過調整所述激光器發出的所述激光束并按預設條件設定所述偏振轉換器上的所有分塊亞波長介質光柵的光柵刻槽在空間的取向，將入射至所述偏振轉換器的偏振空間均勻的線偏振光轉換為多種不同形式的偏振空間不均勻的矢量光束。

本發明實施例還提供一種矢量光束生成方法，包括：

通過激光器發出激光束；

通過濾波系統將所述激光束進行濾波，

通過準直透鏡將所述濾波后的激光束準直為平行光束；

通過擴束系統將所述平行光束調整成適當大小的光斑；

通過偏振片將所述光斑轉換為偏振空間均勻的線偏振光，所述線偏振光的方向由所述偏振片的通光方向確定；

通過偏振轉換器將入射的所述線偏振光轉換為偏振空間不均勻的矢量光束；

其中，通過調整所述激光器發出的所述激光束并按預設條件設定所述偏振轉換器上的所有分塊亞波長介質光柵的光柵刻槽在空間的取向，將入射至所述偏振轉換器的偏振空間均勻的線偏振光轉換為多種不同形式的偏振空間不均勻的矢量光束。

本發明提供的偏振轉換器、矢量光束生成系統及方法，通過由多個分塊的亞波長介質光柵組成并且每一塊光柵刻槽的周期和方向都相同，通過靈活改變不同分塊光柵在空間的分布形式，可以在較寬波段內靈活地將線偏振光轉換為不同偏振分布的矢量光束，從而簡化了偏振轉換器的設計和制作，使得偏振轉換器具有更高的能量轉換效率，并且生成的矢量光束的偏振純度更高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例中所述的亞波長介質光柵的結構示意圖；

圖2為本發明偏振轉換器一個實施例的結構示意圖；

圖3為根據圖2所示實施例設計的共振區亞波長介質光柵的相位延遲隨入射激光波長的變化曲線示意圖；

圖4為根據圖2所示實施例偏振轉換器的空間角度的示意圖；

圖5為根據圖2所示實施例生成光束的偏振純度隨著器件相對分塊數的變化曲線；