[發明專利]一種調控納米光柵光軸三維方向的方法、系統及應用

有效

• 申請號: 202010595903.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111790980B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張靜宇;高驥超;劉思垣
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/70;G02B5/18;G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種調控納米光柵光軸三維方向的方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）根據目標三維方向確定待加工的納米光柵的光軸在垂直于激光入射方向的平面內的旋轉角，以及在平行于激光入射方向的平面內的旋轉角；

（2）根據所述旋轉角調整入射的激光光束的偏振方向，并根據所述旋轉角改變激光光束的光強分布，得到加工光束；所述加工光束在聚焦前、后的偏振狀態不同，使得在焦點處，激光光場的偏振狀態發生改變，不再保持入射的偏振狀態，而是在垂直和平行于激光入射方向的平面內均存在指定的旋轉角；

（3）將所述加工光束聚焦于熔融石英以寫入納米光柵，使得加工得到的納米光柵的光軸在所述平面和所述平面內的旋轉角分別為和，從而將納米光柵的光軸方向調控到所述目標三維方向。

2.如權利要求1所述的調控納米光柵光軸三維方向的方法，其特征在于，還包括：在調整入射的激光光束的偏振方向和光強分布之前，將入射的激光光束調整到所需強度和大小，并調整激光光束的幅度分布，使激光光束均勻分布。

3.一種調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，包括：沿光路方向依次設置的第一光束調控單元、衰減片、第二光束調控單元以及物鏡；

所述第一光束調控單元，用于將入射的激光光束調整到所需的強度和大小；

所述衰減片，用于調整經所述第一光束調控單元調整之后的激光光束的幅度分布，使激光光束均勻分布，得到均勻光束；

所述第二光束調控單元，用于根據旋轉角調整所述均勻光束的偏振方向，并根據所述旋轉角改變所述均勻光束的光強分布，得到加工光束；所述加工光束在聚焦前、后的偏振狀態不同，使得在焦點處，激光光場的偏振狀態發生改變，不再保持入射的偏振狀態，而是在垂直和平行于激光入射方向的平面內均存在指定的旋轉角；

所述物鏡，用于將所述加工光束聚焦于熔融石英以寫入納米光柵，使得加工得到的納米光柵的光軸在平面和平面內的旋轉角分別為和，從而將納米光柵的光軸方向調控到目標三維方向；

其中，平面為垂直于激光入射方向的平面，平面為平行于激光入射方向的平面，旋轉角和旋轉角分別為目標三維方向在所述平面和所述平面內的旋轉角。

4.如權利要求3所述的調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，所述第二光束調控單元包括：第二半波片和第一開孔擋板；

所述第二半波片用于根據旋轉角調整光束的偏振方向；

所述第一開孔擋板上設置有可滑動的開孔，用于根據旋轉角改變所述均勻光束的光強分布；

沿光路方向，所述第二半波片設置于所述第一開孔擋板之前或之后；所述第一開孔擋板與所述第二半波片聯動旋轉，以使得所述第一開孔擋板上開孔的滑動方向始終與經所述第二半波片調整后的光束的偏振方向平行。

5.如權利要求4所述的調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，所述第一開孔擋板上的開孔形狀關于滑動軸對稱。

6.如權利要求3所述的調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，所述第二光束調控單元包括沿光路方向依次設置的可編程器件、第三透鏡、第二開孔擋板、第四透鏡以及第三半波片；

所述可編程器件用于對所述均勻光束中不需要的部分加載線性相位后反射光束，以通過相位調制改變所述均勻光束的光強分布；

所述第二開孔擋板，其上的開孔用于透過經所述可編程器件反射的光束中未經相位調制的部分，并阻擋其中加載了線性相位的部分；

所述第三透鏡和所述第四透鏡組成一個4f系統，用于將所述可編程器件的相位投影到所述物鏡的前焦平面處。

7.如權利要求6所述的調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，所述可編程器件為空間光調制器或數字微反射鏡器件。

8.如權利要求6所述的調控納米光柵光軸三維方向的系統，其特征在于，所述第二光束調控單元還包括一個或多個反射鏡，用于調整光路方向。