[實用新型]一種基于三角反射器的空間光調制器耦合裝置

有效

• 申請號: 201720697418.1
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN206906686U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 梁言生;雷銘;姚保利;嚴紹輝;但旦;楊延龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B17/02
• 分類號: G02B17/02;G02B17/06;G02B27/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本實用新型涉及空間光場調控領域，具體涉及一種利用三角反射器耦合輸入和輸出激光束的空間光調制器耦合裝置。

背景技術

1960年激光器的發明極大地促進了自然科學研究的發展，涌現了大量以激光為基礎的科學研究，如激光生命科學、光信息處理、光學微納加工等。但是，大多數激光器只能輸出基模高斯光束，這種單一模式難以滿足現代科學的研究和應用，因此需要對基模高斯光束的振幅、相位和偏振態進行調控?？臻g光場調控技術可以將基模高斯光束轉換為任意新穎的空間結構光場，目前已被廣泛應用于光信息存儲、光學微納加工、光通信、光學顯微和光學微操縱等領域。

空間光場調控的核心器件是空間光調制器。通過計算機編程可以控制空間光調制器對入射光的振幅和相位進行調制，從而產生任意模式的光場輸出，具有極高的靈活性。其工作原理是根據特定的物理效應(例如聲光效應、磁光效應、電光效應等)，通過光學或電學尋址控制空間光調制器上每個調制單元的物理特性，使入射光場的相位和振幅經調制單元后發生改變，最終得到預期的光場分布。常見的空間光調制器主要有數字微鏡器件(Digital Micromirror Device,DMD)、變形鏡(Deformable Mirror,DM)和液晶空間光調制器(Spatial Light Modulator,SLM)。DMD是強度型調制器件，具有刷新速度快、光能量利用率高和損傷閾值高的優點，但不能對入射光場的相位進行調制。DM是相位調制器件，但是其像元數目比較少(幾十到幾百個)，而且單個像元尺寸較大，空間分辨率比較低。液晶空間光調制器則采用LCoS芯片來調制激光波前，可以進行相位和振幅的調制，此外液晶面板具有比DMD和DM更高的空間分辨率和更大的相位調制深度，是目前空間光場調控系統中使用最廣泛的調制器，其中又以具有高光能利用率的反射型液晶空間光場調制最為常用。

液晶分子是一種單軸晶體，具有雙折射特性。這種光學各向異性的特點使得液晶對光場的相位調制深度不僅與液晶分子的光軸取向相關，還與入射光的偏振態有關。因此，液晶空間光調制器是一種偏振選擇器件，需要入射光是線偏振的平面波。反射式液晶空間光調制器在光學系統中的使用方式有正入射和小角度入射兩種，分別如圖1和圖2所示。對于正入射方式，若使用偏振分光棱鏡對入射光和出射光進行分離，則只能實現振幅調制而無法實現相位調制，所以在正入射方式中若要實現光場的相位調制，需要采用非偏振分光棱鏡(如圖1中的NPBS)。然而，由于激光束兩次經過非偏振分光棱鏡，系統的光能量利用率要低于25％。在很多應用中，這樣低的光能量利用率是研究人員所不希望的。因此，基于反射型液晶空間光調制器的空間光場調控系統通常采用小角度入射的方式，而且為了保證光場調控的準確度，入射光角度需要比較小。不同的商用空間光調制器要求不一樣，例如德國HoloEYE公司要求是不大于6°，而日本Hamamatsu公司要求是不大于10°。在這樣小的一個角度內要使得入射光和出射光完全分開，同時考慮到用于準直和分離兩束光束的光學元件的尺寸，激光束需要傳播較長的一段距離，如圖2中的dmin。這樣就很容易導致系統光路松散、雜亂，從而導致整個系統的體積和重量大大增加。離散的光路系統一方面不利于系統的儀器化，另一方面，由于物體的共振頻率與其質量負相關，質量越大共振頻率越低，而一般的商用光學隔振平臺只能抑制幾十赫茲以上的共振頻率?？臻g光場調控系統是非常精密的光學系統，過大的質量會使得整個系統的共振頻率只有幾赫茲，從而難以被光學隔振平臺抑制，造成系統的不穩定。

實用新型內容

為解決目前在反射式空間光場調控系統中普遍存在的元器件離散、系統不穩定的問題，本實用新型提出了一種基于三角反射器實現激光束小角度入射的空間光調制器耦合裝置，實現了空間光場調控裝置模塊化和緊湊化，可使整個空間光場調控系統裝置非常緊湊，而且易于與其它系統結合。

本實用新型的技術方案是：

一種基于三角反射器的空間光調制器耦合裝置，包括密封盒、設置在密封盒內的等腰三角反射器和空間光調制器；密封盒兩側設置有入射光和出射光通過的通光孔，所述通光孔同心設置；等腰三角反射器的兩腰面設置在空間光調制器的入射光路和出射光路上，用于耦合入射光和出射光，所述等腰三角反射器的兩個等腰面表面鍍有高反射膜；等腰三角反射器與空間光調制器的位置關系滿足：d2≥d1，

其中：d1是入射光和出射光的交匯點到空間光調制器的垂直距離；

d2是等腰三角反射器的頂點到空間光調制器的垂直距離；