[發明專利]一種基于晶體旋光性產生軸對稱矢量光束的方法

有效

• 申請號: 201910034350.2
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109491097B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 趙曉暉;隋展;高妍琦;李福建;季來林;崔勇;饒大幸;熊俊;郭爾夫
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所(普通合伙) 31105
• 代理人: 周濤

本發明公開了一種基于晶體旋光性產生軸對稱矢量光束的方法，該方法包括以下步驟：步驟1，選擇旋光晶體，根據環境溫度T、待轉換的線偏振激光波長λ以及旋光晶體的旋光率α，設計螺旋結構晶體元件；步驟2，配做與螺旋結構晶體元件折射率相同的反向螺旋元件；步驟3，將螺旋結構晶體元件上表面與反向螺旋元件的下表面進行膠合；步驟4，將線偏振激光沿偏振旋轉元件的z軸方向入射，并使偏振激光光斑的中心點與偏振旋轉元件底面中心同軸，通過調節偏振激光的偏振方向與偏振旋轉元件x方向的夾角，獲得所需的軸對稱矢量光束。本發明元件少，可利用單個元件實現徑向、角向以及任意軸對稱矢量光束，調節簡單。

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種基于晶體旋光性產生軸對稱矢量光束的方法。

背景技術

偏振呈軸對稱分布的矢量光束因其特殊的空間偏振分布廣受關注，緊聚焦的軸對稱矢量光束具有超越衍射極限的聚焦半徑以及可調節的焦斑形態，在激光加工、信息存儲、顯微成像、表面等離激元調控、光學捕獲與操控、粒子加速等領域有著重要的應用。

產生軸對稱矢量光束的方法主要分為有源法和無源法：有源法是在激光腔內通過添加偏振選擇元件產生的矢量光束的方法，具有較好的光束質量及較高的效率，但是激光腔內元件調節困難，靈活性較低；無源法是在激光器腔外實現偏振轉換，通過光束干涉、空間分區相位延遲器、空間可變亞波長光柵、液晶器件、空間光調制器等方法產生軸對稱矢量光束。這些方法通常需要多個轉換元件，轉換效率較低，且元件的損傷閾值較低，無法應用于高功率激光系統，產生高強度的軸對稱矢量光束。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于晶體旋光性產生軸對稱矢量光束的方法，本發明利用螺旋型旋光晶體元件，將激光器輸出的線性偏振光在空間不同角度進行旋轉，從而生成具有高轉換效率、高功率的軸對稱矢量偏振光束。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于晶體旋光性產生軸對稱矢量光束的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，選擇旋光晶體，根據環境溫度T、待轉換的線偏振激光波長λ以及旋光晶體的旋光率α，設計螺旋結構晶體元件：建立笛卡爾坐標系，以旋光晶體的光軸為z軸，在垂直于z軸平面內，x軸與y軸相互垂直，在此基礎上，定義矢量在x-y平面的投影與x軸正向沿逆時針的夾角為θ₁，加工旋光晶體為螺旋結構晶體元件，所述螺旋結構晶體元件的底面為圓形，半徑為r₁，側面上任一點坐標滿足x₁²+y₁²＝r₁²；上表面上的點坐標方位角為θ₁時，螺旋結構晶體元件的厚度為d＝kθ₁+d₀，其中k＝1/α，d₀為θ₁＝0時螺旋結構晶體元件的厚度，滿足d₀＞0，對應的方位角為θ₁的入射光通過該位置后偏振旋轉的角度φ₀＝α·z₀；

步驟2，配做與螺旋結構晶體元件折射率相同的反向螺旋元件，所述反向螺旋元件的上表面為圓形，半徑為r₂；側面上任一點坐標滿足x₂²+y₂²＝r₂²；下表面上的點坐標方位角為θ₂時，反向螺旋元件的厚度為d'＝-kθ₂+d₁，其中k＝1/α，d₁為θ₂＝0時反向螺旋元件的高度，滿足d₁＞360/α，其中d1是theta_2＝0時反向螺旋元件的高度，