[發(fā)明專利]一種利用正交線偏振光束控制焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310187863.X
• 申請(qǐng)日: 2013-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN103226248A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭漢明;翁曉羽;王小亞;譚志華;莊松林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/28
• 分類號(hào): G02B27/28
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用光學(xué)技術(shù)，特別涉及一種利用正交線偏振光束控制焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法。

背景技術(shù)

焦點(diǎn)區(qū)域光強(qiáng)分布由于其性質(zhì)極大地影響著光學(xué)系統(tǒng)的性能，所以一直研究的熱點(diǎn)。隨著物鏡數(shù)值孔徑的增加，由于光束的矢量特性的影響越來越大，在焦點(diǎn)區(qū)域呈現(xiàn)特殊性質(zhì)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光信息存儲(chǔ)、光學(xué)顯微、平版印刷術(shù)，激光加工、光學(xué)微操縱、超分辨、光與物質(zhì)相互作用等光學(xué)系統(tǒng)。

在超分辨的研究中，如何得到一個(gè)圓對(duì)稱尺寸小的光斑是研究的難點(diǎn)。1959年Wolf等人發(fā)現(xiàn)線偏振光在高數(shù)值孔徑物鏡聚焦下的光斑形狀成橢圓形，而不是像在低數(shù)值孔徑物鏡聚焦后的光斑形狀成圓對(duì)稱分布。若采用圓偏振光束進(jìn)行聚焦，其光斑形狀為圓形，但是其尺寸比線偏振光聚焦光斑要大，不利于實(shí)現(xiàn)超分辨顯微成像。研究發(fā)現(xiàn)采用徑向偏振光聚焦光斑比較線偏振光要小，而且通過拓?fù)錇?的渦旋相位板對(duì)方位偏振光進(jìn)行波前相位調(diào)制，其聚焦后的光斑尺寸比徑向偏振光的聚焦光斑更小，但由于這兩種非均勻偏振光束產(chǎn)生很困難，而且一般商用激光器出射光束為線偏振光，所以采用非均勻偏振光束作為實(shí)現(xiàn)超分辨的方法一直沒有大范圍的應(yīng)用。最近，Seller等人利用波長(zhǎng)為1580nm的線偏振光作為入射光，經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后，采用偏振差異成像的方法，發(fā)現(xiàn)線偏振光橢圓形聚焦光斑沿短軸方向的分辨率比沿長(zhǎng)軸方向的分辨率大，通過人為旋轉(zhuǎn)半波片對(duì)入射線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，即橢圓形焦點(diǎn)形狀也旋轉(zhuǎn)了90度，實(shí)現(xiàn)了100nm的分辨率（參見文獻(xiàn)“Nanoscale?optical?microscopy?in?the?vectorial?focusing?regime”?Nature?Photonics.?2,?311-314?(2008).），其不足之處在于通過人為的轉(zhuǎn)動(dòng)半波片以此改變線偏振光的偏振方向顯然不利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的自動(dòng)化，而且會(huì)引起橢圓形光斑旋轉(zhuǎn)角度的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)利用改變線偏振光的偏振方向來實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)誤差難控制的問題，提出一種利用正交線偏振光束控制焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法，具有光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可避免人為手動(dòng)旋轉(zhuǎn)線偏振光偏振方向達(dá)到對(duì)其橢圓形焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)，而且能夠旋轉(zhuǎn)任意角度的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種利用正交線偏振光束控制焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法，具體包括如下步驟：

1）高斯光束垂直入射可調(diào)擴(kuò)束鏡，調(diào)節(jié)可調(diào)擴(kuò)束鏡，使從可調(diào)擴(kuò)束鏡出射的光束為半徑R的平行出射高斯光束；

2）平行出射高斯光束經(jīng)與可調(diào)擴(kuò)束鏡同軸的起偏器后，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振高斯光出射；

3）起偏器出射的線偏振高斯光入射正交線偏振光束產(chǎn)生器，正交線偏振光束產(chǎn)生器與可調(diào)擴(kuò)束鏡同軸，正交線偏振光束產(chǎn)生器由同心的內(nèi)外環(huán)組成，內(nèi)環(huán)半徑為r，外環(huán)半徑為R，線偏振高斯光通過????????????????????????????????????????????????和兩區(qū)域，形成正交光軸出射，即水平和豎直偏振光束；

4）從正交線偏振光束產(chǎn)生器出射的光束最后通過與可調(diào)擴(kuò)束鏡同軸的物鏡聚焦；

5）調(diào)節(jié)正交線偏振光束產(chǎn)生器的內(nèi)外環(huán)光束所占的比例，得到由物鏡聚焦后的橢圓形焦點(diǎn)，橢圓形焦點(diǎn)以物鏡的幾何焦點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)所需角度。

所述可調(diào)擴(kuò)束鏡用伽利略型擴(kuò)束鏡或開普敦型擴(kuò)束鏡。

所述正交線偏振光束產(chǎn)生器用振幅型空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)，空間光調(diào)制器輸入灰度為0時(shí)其出射光束偏振方向沿水平偏振，輸入灰度為255時(shí)其出射光束偏振方向沿豎直偏振。

所述正交線偏振光束產(chǎn)生器由振幅型空間光調(diào)制器通過編碼的形式產(chǎn)生同心的內(nèi)外環(huán)正交偏振。

所述正交線偏振光束產(chǎn)生器由同心內(nèi)外環(huán)分布的半波片組成，其內(nèi)環(huán)與外環(huán)半波片的光軸成45度夾角。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用正交線偏振光束控制焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法，可避免人為對(duì)半波片的旋轉(zhuǎn)達(dá)到對(duì)橢圓形光斑的旋轉(zhuǎn)，而且正交線偏振光聚焦光斑與線偏振光的聚焦光斑形狀相同，不引起形變，增加了本方法的可用性，此正交光束的產(chǎn)生也極為容易，可利同心內(nèi)外環(huán)的半波片，其內(nèi)外環(huán)半波片的光軸成45度；或采用振幅型空間光調(diào)制器通過編碼產(chǎn)生，增加了本方法的適用性及實(shí)驗(yàn)的靈活性和可操作性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明聚焦光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明正交偏振光束偏振態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式