[發明專利]一種產生矢量渦旋光束的方法和裝置

有效

• 申請號: 201610943874.X
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106324850B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 付躍剛;李亞紅;賀文俊;劉智穎;劉家源;趙玄
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

1.一種產生矢量渦旋光束的裝置，其特征是，該裝置中激光器(1)、擴束鏡(2)、針孔(3)、準直鏡(4)、孔徑光闌(5)、起偏器(6)、消偏振分束器(7)和反射式純位相液晶空間光調制器(8)依次同軸設置，PC控制端(9)與反射式純位相液晶空間光調制器(8)相連；1/4波片(10)、徑向偏振器(11)、偏振旋轉器(12)、會聚鏡(13)和CCD相機(14)與消偏振分束器(7)的入射光軸垂直的方向同軸設置；

激光器(1)出射的激光光束經擴束鏡(2)和準直鏡(4)后準直擴束，在擴束鏡(2)和準直鏡(4)的之間焦點位置設置針孔(3)，對激光光束濾波；

準直擴束后經過孔徑光闌(5)選擇入射光束直徑，光束再正入射到起偏器(6)，產生的線偏振光入射到消偏振分束器(7)，經過消偏振分束器(7)透射的線偏振光到達反射式純位相液晶空間光調制器(8)的作用窗口，通過PC控制端(9)加載灰度圖對線偏振光進行位相調制，獲得相應的渦旋光束；

反射式純位相液晶空間光調制器(8)出射渦旋光，渦旋光經過消偏振分束器(7)后光路反射，反射光經過1/4波片(10)后變為圓偏振光入射到徑向偏振器(11)，產生徑向偏振渦旋光束；

徑向偏振渦旋光束再經過偏振旋轉器(12)獲得所需要的矢量渦旋光束；

矢量渦旋光束經過會聚鏡(13)，對矢量渦旋光束進行聚焦到達CCD相機(14)上，形成中空圓環狀的光強分布。

2.根據權利要求1所述的一種產生矢量渦旋光束的裝置，其特征在于，所述的消偏振分束器(7)是一種將入射光束分為兩支相互垂直傳播的出射光束，且不改變入射光束的偏振態，消偏振分束器(7)的分光比為1:1。

3.根據權利要求1所述的一種產生矢量渦旋光束的裝置，其特征在于，所述的反射式純位相液晶空間光調制器(8)的有效液晶尺寸大于等于入射平行光束的直徑，且所述的起偏器(6)的出射偏振態與反射式純位相液晶空間光調制器(8)所要求的入射光束偏振態相一致。

4.根據權利要求1所述的一種產生矢量渦旋光束的裝置，其特征在于，所述的徑向偏振器(11)是將偏振空間均勻分布的入射光束轉換為偏振空間非均勻分布的矢量光束，且采用準直圓偏振光作為入射光束。

5.根據權利要求1所述的一種產生矢量渦旋光束的裝置，其特征在于，所述的偏振旋轉器(12)是由第一1/2波片(12-1)和第二1/2波片(12-2)組成；通過改變兩個1/2波片的快軸之間的夾角實現對光束偏振方向進行對應的旋轉，可實現徑向偏振矢量光束與角向偏振渦旋光束或廣義矢量渦旋光束之間的連續轉換。

6.產生矢量渦旋光束的方法，其特征是，該方法包括如下步驟：

步驟一，激光器(1)出射的激光光束經擴束鏡(2)和準直鏡(4)后準直擴束，在擴束鏡(2)和準直鏡(4)的之間焦點位置設置針孔(3)，對激光光束濾波；準直擴束后的光束經過孔徑光闌(5)選擇入射光束直徑，光束再正入射到起偏器(6)，其透射光將獲得水平線偏振光；

步驟二，步驟一中產生的線偏振光入射到消偏振分束器(7)，經過消偏振分束器(7)的透射光仍為線偏振光，到達反射式純位相液晶空間光調制器(8)的作用窗口，正入射到反射式純位相液晶空間光調制器(8)進行位相調制；

步驟三，通過PC控制端(9)將加載位相調制灰度圖到反射式純位相液晶空間光調制器(8)，根據灰度值與位相之間的對應關系，對入射的水平線偏振光進行相應的位相調制，經反射式純位相液晶空間光調制器(8)調制后，獲得所需要的渦旋光束；

步驟四，調制后獲得的渦旋光束，經過消偏振分束器(7)發生反射，將光路折轉90°，再經過1/4波片(10)對光束偏振態進行作用，將線偏振光轉換為圓偏振光；

步驟五，圓偏振光入射到徑向偏振器(11)，出射產生徑向偏振矢量渦旋光束；

步驟六，上述所得徑向偏振矢量渦旋光束經過偏振旋轉器(12)，通過調整其中的第一1/2波片(12-1)和第二1/2波片(12-2)快軸之間的夾角大小，對徑向偏振矢量渦旋光束進行偏振方向調制，獲得最終所需要的矢量渦旋光束；

步驟七，產生的矢量渦旋光束經過會聚鏡(13)聚焦到達CCD相機(14)，在光敏面上得到矢量渦旋光束所具有的中空圓環狀光強分布。