[發明專利]一種控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610499181.6
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN105911682B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王瀟;楊鳳;吳曰超;尹建華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 姜慧勤

1.一種控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置，其特征在于，包括分束模塊、偏振旋轉模塊、徑向偏振光轉換器和合束器；

所述分束模塊用于將入射的相干線偏振光分為兩束線偏振光，并調節兩束線偏振光之間的光強比；

偏振旋轉模塊用于控制分束后第一束線偏振光的偏振方向；

徑向偏振光轉換器用于將分束后第二束線偏振光轉換為徑向偏振光；

合束器用于將經偏振旋轉模塊出射的線偏振光和經徑向偏振轉換器轉換后得到的徑向偏振光合為同軸光束，入射顯微物鏡。

2.根據權利要求1所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置，其特征在于，該裝置還包括相位補償器，所述相位補償器為可調光程的光學棱鏡，位于分束后其中一束線偏振光的光路上，使分束后的兩束線偏振光在合束時的相位差為0或π。

3.根據權利要求1或2所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置，其特征在于，所述分束模塊包括快軸方向可旋轉的二分之一波片和偏振分束棱鏡；所述二分之一波片用于通過旋轉快軸方向來改變入射相干線偏振光的偏振方向；偏振分束棱鏡用于將二分之一波片出射的線偏振光分為偏振方向相互垂直的兩束線偏振光，兩束線偏振光之間的光強比例取決于二分之一波片出射線偏振光的偏振方向。

4.根據權利要求1或2所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置，其特征在于，所述偏振旋轉模塊包括四分之一波片和透射軸可旋轉的線偏振光檢偏器；所述四分之一波片快軸方向與分束后第一束線偏振光的偏振方向成45°放置，將該線偏振光轉換為圓偏振光；所述線偏振光檢偏器用于將圓偏振光轉換為偏振方向與線偏振光檢偏器透射軸方向一致的線偏振光，通過旋轉所述線偏振光檢偏器透射軸調節其出射線偏振光的偏振方向。

5.根據權利要求1或2所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的裝置，其特征在于，所述合束器為非偏振分束棱鏡，該非偏振分束棱鏡將偏振旋轉模塊出射的線偏振光和徑向偏振光轉換器出射的徑向偏振光合為一束。

6.一種控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，利用分束模塊將入射相干線偏振光分成兩束線偏振光，偏振旋轉模塊改變第一束線偏振光的偏振方向后出射，徑向偏振光轉換器將第二束線偏振光轉換為徑向偏振光后出射，合束器將兩束出射光合為同軸光束后入射顯微物鏡，在聚焦光場顯微物鏡匯聚兩束出射光，其中，線偏振光保持其偏振方向在聚焦平面內，且保持其入射顯微物鏡前的偏振方向，而徑向偏振光產生垂直聚焦平面的縱向偏振光，兩個不同方向的偏振分量相干疊加產生三維偏振光；

步驟2，利用分束模塊調節入射相干線偏振光經分束后的第一束線偏振光和第二束線偏振光的光強比例，來控制顯微物鏡聚焦光場在聚焦平面內和垂直聚焦平面方向偏振分量的比例，從而控制聚焦光場偏振方向與聚焦平面的夾角；

步驟3，利用偏振旋轉模塊旋轉所述第一束線偏振光的偏振方向來控制聚焦光場在聚焦平面內偏振分量的方向，從而控制顯微物鏡聚焦光場偏振方向在聚焦平面內投影的方向。

7.根據權利要求6所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的方法，其特征在于，所述步驟2的具體方法為：通過旋轉分束模塊中半波片的快軸方向，改變入射相干線偏振光的偏振方向，通過偏振分束棱鏡分束后得到的兩束線偏振光光強比例也隨之發生改變。

8.根據權利要求6所述控制顯微物鏡聚焦光場三維偏振方向的方法，其特征在于，所述步驟3的具體方法為：通過旋轉偏振旋轉模塊中線偏振光檢偏器的快軸方向來改變出射線偏振光的偏振方向。