[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生矢量渦旋光束的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610943874.X
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106324850B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付躍剛;李亞紅;賀文俊;劉智穎;劉家源;趙玄
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生矢量渦旋光束的方法和裝置，屬于矢量渦旋光束技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

矢量渦旋光束是指在光束橫截面內(nèi)同時具有非均勻偏振態(tài)和螺旋位相結(jié)構(gòu)的新型光束。矢量渦旋光束相比與其他光束，具有很多特殊的性質(zhì)，在超分辨成像、激光精密加工、微粒操縱、數(shù)據(jù)存儲和遙感等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價值，對矢量渦旋光束的產(chǎn)生方法研究更是備受關(guān)注。同時也提出了許多新的產(chǎn)生方法，如腔內(nèi)Sagnac干涉法、錐形布儒斯特棱鏡法、螺旋相位板法、分區(qū)延遲法、干涉法和亞波長光柵法等。

國內(nèi)中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所李建郎首次發(fā)表了基于空心光束泵浦的微片激光器中直接輸出矢量渦旋光束的研究[IEEEJ.Sel.TopQuantumElectron，21，1600406，2015；Appl.Phys.B，117，219，2014；China.Opt.Lett，13，031405，2015]。盡管出現(xiàn)了很多產(chǎn)生方法，但是大多數(shù)都只是針對某一種特定的矢量渦旋光束而設(shè)計的，在實際使用過程中往往會受限制。因此，近幾年開始將重點集中于任意矢量渦旋光束產(chǎn)生方法的研究，國內(nèi)南京大學(xué)和山東師范大學(xué)結(jié)合液晶空間光調(diào)制器構(gòu)成共光路干涉儀裝置，實現(xiàn)了任意矢量渦旋光束的產(chǎn)生[Opt.Lett，32(24):3549-51,2008]。但是這種共光路干涉儀裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對光路中光學(xué)元件的位置精度要求非常高，所需的衍射光學(xué)元件不易獲得，成本高。

近幾年來，針對矢量渦旋光束產(chǎn)生方法提出了很多新方法，專利CN105182547A提出一種基于雙折射偏振分束器產(chǎn)生矢量拉蓋爾-高斯光束的方法及裝置，采用4f空間濾波成像光路，并結(jié)合計算全息圖實現(xiàn)矢量光束的輸出。該方法最顯著的特點是：在計算全息圖和雙折射分束器之間不需要任何其他元件，但是這種方法最大的缺點是產(chǎn)生的矢量拉蓋爾-高斯光束的偏振態(tài)沒法調(diào)控。專利US7599069B2與專利CN102289080A相類似，均是采用相干疊加的方法獲得矢量光束，不同的是US7599069B2中采用的是衍射光學(xué)元件對光束進行位相編碼，雖然可以提高產(chǎn)生的矢量光束的相對質(zhì)量，但該方法裝置同樣也對光路要求很高，衍射元件需要進行特定設(shè)計，制作過程復(fù)雜，成本較高。

綜上所述，如何采用較為簡單的方法和裝置產(chǎn)生矢量渦旋光束，同時還能保證光束質(zhì)量，這仍然是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決如何采用較為簡單的方法和裝置產(chǎn)生高質(zhì)量的矢量渦旋光束的問題，提出一種可以產(chǎn)生矢量渦旋光束的方法和裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種產(chǎn)生矢量渦旋光束的裝置，其特征是，該裝置中激光器、擴束鏡、針孔、準(zhǔn)直鏡、孔徑光闌、起偏器、消偏振分束器和反射式純位相液晶空間光調(diào)制器依次同軸設(shè)置，PC控制端與反射式純位相液晶空間光調(diào)制器相連；1/4波片、徑向偏振器、偏振旋轉(zhuǎn)器、會聚鏡和CCD相機與消偏振分束器的入射光軸垂直的方向同軸設(shè)置；

激光器出射的激光光束經(jīng)擴束鏡和準(zhǔn)直鏡后準(zhǔn)直擴束，在擴束鏡和準(zhǔn)直鏡的之間焦點位置設(shè)置針孔，對激光光束濾波；

準(zhǔn)直擴束后經(jīng)過孔徑光闌選擇入射光束直徑，光束再正入射到起偏器，產(chǎn)生的線偏振光入射到消偏振分束器，經(jīng)過消偏振分束器透射的線偏振光到達反射式純位相液晶空間光調(diào)制器的作用窗口，通過PC控制端加載灰度圖對線偏振光進行位相調(diào)制，獲得相應(yīng)的渦旋光束；

反射式純位相液晶空間光調(diào)制器出射渦旋光，渦旋光經(jīng)過消偏振分束器后光路反射，反射光經(jīng)過1/4波片后變?yōu)閳A偏振光入射到徑向偏振器，產(chǎn)生徑向偏振渦旋光束；

徑向偏振渦旋光束再經(jīng)過偏振旋轉(zhuǎn)器獲得所需要的矢量渦旋光束；

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

所述的消偏振分束器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?nèi)肷涔馐钠駪B(tài)，消偏振分束器的分光比為1:1。

所述的反射式純位相液晶空間光調(diào)制器的有效液晶尺寸大于等于入射平行光束的直徑，且所述的起偏器的出射偏振態(tài)與反射式純位相液晶空間光調(diào)制器所要求的入射光束偏振態(tài)相一致。

所述的徑向偏振器是將偏振空間均勻分布的入射光束轉(zhuǎn)換為偏振空間非均勻分布的矢量光束，且采用準(zhǔn)直圓偏振光作為入射光束。

所述的偏振旋轉(zhuǎn)器是由第一1/2波片和第二1/2波片組成；通過改變兩個1/2波片的快軸之間的夾角實現(xiàn)對光束偏振方向進行對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)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(xù)轉(zhuǎn)換。