[發明專利]可調橢圓矢量空心光束產生裝置

在審

• 申請號: 201710301041.8
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN106950704A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 王志章;裴春瑩;尹亞玲;夏夢;夏勇;印建平
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅,張翔

技術領域

本發明屬于激光光束整形領域，具體涉及一種基于M-Z干涉儀和反射型SLM產生可調橢圓矢量空心光束的裝置，可以產生在自由空間穩定傳輸的徑向偏振或者角向偏振橢圓矢量空心光束。

背景技術

橢圓矢量空心光束是一種中心強度為零的具有橢圓對稱分布的矢量激光光束，其中徑向偏振的矢量空心光束的橫向空間光強分布為環狀，偏振矢量沿半徑指向外，橫截面上任意一點關于傳輸軸橢圓對稱。角向偏振的矢量空心光束的橫向空間光強分布為環狀，偏振矢量沿角向分布，橫截面上任意一點關于傳輸軸橢圓對稱。

近年來，隨著激光技術的發展及其應用領域的拓展，人們采用各種方法產生了一系列具有中心光強為零的新穎激光束：如拉蓋爾-高斯光束、高階-貝塞爾光束、面包圈空心光束和LP₀₁模輸出空心光束等，形成了一個特殊的稱為空心激光束(LHB)的光束大家族。自20世紀90年代以來，人們采用諸如橫模選擇法、幾何光學法、模式變換法、光學全息法、計算全息法、空心光纖法和π相位板法等各種方法產生了各種不同的空心光束。由于空心光束具有一系列新穎獨特的物理性質：如桶狀強度分布、較小的暗斑尺寸和傳播不變性，或具有自旋與軌道角動量等，空心光束作為激光導管、光學鑷子(光鉗)和光學扳手，目前已成為實現微觀粒子(如微納米粒子、生物細胞、中性原子等)精確操控和控制的有力工具。其中，徑向和角向偏振的矢量空心光束具有優良的聚焦特性，在光學囚禁、光譜學、和超高分辨率顯微鏡很多領域有廣泛的應用，因此受到了更多的關注。通常產生矢量空心光束有兩種方法，一種是利用傳統的光學衍射元件設計光路產生；另一種是在M-Z干涉光路中利用全息編譯法產生。這兩種方法都有各自的優點和缺點，傳統的光學衍射元件法操作麻煩，實驗結果單一。M-Z干涉法的光路準直共軸極為困難，一般采用相位板或者透射型SLM作為光束相位以及偏振調制元件。其中相位板方法不能靈活調節，結果單一。透射型SLM的透射效率只有30％，光利用率不高。

發明內容

本發明目的在于：解決傳統的矢量空心光束產生光路難搭、難構建、實驗結果單一、產生的矢量空心光束可調性差的問題，提出一種基于反射型SLM的M-Z干涉光路產生可調橢圓矢量空心光束的發生裝置。該裝置設計巧妙、搭建簡單、操作靈活，可以產生在自由空間穩定傳輸的徑向偏振或者角向偏振的橢圓矢量空心光束。

本發明的目的是這樣實現的：

一種可調橢圓矢量空心光束產生裝置，特點是該裝置包括：激光光源、線偏振片、第一反射鏡、空間濾波擴束系統、第一半波片、第二半波片、M-Z干涉儀及第一反射型空間光調制器(SLM)及第二反射型空間光調制器，其中M-Z干涉儀由第一偏振分束器(PBS)、第二偏振分束器、第二反射鏡及第三反射鏡構成；所述激光光源、線偏振片、第一反射鏡、空間濾波擴束系統、第一半波片、M-Z干涉儀、第二半波片依次光路連接，第一反射式SLM、第二反射式SLM分別設置于M-Z干涉儀的兩條干涉支路上，激光光源發出的激光經過線偏振片轉化為線偏振光，然后被第一反射鏡反射到空間濾波擴束系統，第一半波片調整激光的偏振方向，使之與M-Z干涉儀的第一偏振分束器成45°，激光被分成振幅相等、偏振方向互相垂直的兩束高斯光束；其中一束光束經過第二半波片微調偏振反向，入射到第二反射型SLM上，被第二反射型SLM調制并反射的光束被第三反射鏡反射到第二偏振分束器上，另一束光束入射到第一反射型SLM上，被第一反射型SLM調制并反射的光束被第二反射鏡反射到第二偏振分束器上；通過第二偏振分束器合束，得到可調橢圓矢量空心光束，經CCD能夠探測產生的空間穩定傳輸的橢圓矢量空心光束的空間分布。

所述空間濾波擴束系統由共焦的物鏡、透鏡以及濾波小孔組成，將入射激光光束進行擴束和針孔濾波；其中物鏡和透鏡是共焦的，且小孔在物鏡和透鏡之間的共焦平面上。

所述激光光源出射的激光模式是TEM₀₀模，光強分布為高斯型；激光波長在420-850nm。

所述第一反射型SLM及第二反射型SLM上編譯二元灰度π相位板。

所述第一半波片將入射光調整為偏振方向與第一偏振分束器偏轉軸豎直方向成45°角的光束，以保證經第一個偏振分束器后出射的S光和P光振幅相等。

所述第一偏振分束器及第二偏振分束器的適用光波波長在420-850nm。

所述第一反射型SLM及第二反射型SLM，適用光波波長在420-850nm，反射角度控制在7°以內。