[發明專利]一種基于空間光調制器的陣列矢量光產生裝置及方法

有效

• 申請號: 202011477008.9
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112415762B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 郭麗嬌;馮志慶;張振翼;傅雅婷;溫家旗;程碩;韋勇龍;楊宇翔;趙公諾;劉春艷
• 申請（專利權）人: 大連民族大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/09
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 李丹

本發明公開了一種基于空間光調制器的陣列矢量光產生裝置，包括激光光源、偏振器一、針孔濾波器、透鏡一和半波片一，半波片一的出射光路上設有將該激光光路垂直反射的反射鏡，反射光路上依次放有50:50非偏振分束器、光束位移器、透鏡二、透鏡三、反射式空間光調制器；經空間光調制器反射的光經光束位移器合束，再經50:50非偏振分束器反射，反射光路上依次設置四分之一波片、透鏡四、偏振器二和CCD相機。與現有技術相比，本發明僅使用一個空間光調制器(SLM)可實現低成本陣列矢量光束的產生，結構簡單、緊湊、穩定，此外，該光學系統的光軸易于調整，使得陣列矢量光束的產生更加方便。

技術領域

本發明涉及光場調控的技術領域，特別是一種基于空間光調制器的陣列矢量光產生裝置及方法。

背景技術

近些年，由于激光技術的發展和各種偏振器件的發明，使得人們對光場偏振調控的研究得到廣泛關注。不同于傳統的偏振研究，即線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光等光束橫截面上各點偏振態相同的標量光，偏振呈非均勻分布的矢量光束備受矚目，其中研究最廣泛的是柱矢量光(Cylindrical Vector Beams,CVB)。CVB的軸對稱偏振分布和高度局域化的聚焦特性使其在成像、材料加工、光學捕獲、微光刻、傳感等領域發揮著獨特的作用。矢量光束的產生可分為腔內和腔外兩類方法。腔內法是通過特殊設計一系列元件從激光器中輸出矢量光，如在諧振腔內放入偏振選擇衍射元件，布儒斯特棱鏡，雙折射晶體，或不連續相位板等對激光腔進行調制。腔外法是通過特殊元件直接改變入射光偏振態，如用亞波長衍射光柵，扇形波片組合元件，LC元件，偏振選擇元件，干涉系統等改變入射光的偏振態。上述方法都具有強的技術實用性，但僅能產生單一的矢量光束。

隨著并行光學操作、高效率光學加工、高速顯微成像等領域的發展，單一矢量光束的產生已無法滿足這些光學系統的平行性需求，在某些應用中需要同時產生多個矢量光束。例如，在激光加工中，采用徑向偏振光和角向偏振光可分別進行激光切割和沖壓，而該光束的陣列可顯著提高加工效率。在光鑷中，陣列矢量光可實現微/納米粒子的快速分選。此外，陣列矢量光還可用于自由空間CVB-多路復用通信。由此，人們報道了同時產生陣列矢量光的技術，但該系統需要兩個空間光調制器(SLM)，這增加了系統的成本和復雜性。另外，人們還提出了一種雙臂干涉系統，結合一個透射式SLM產生了陣列矢量光，但由于雙臂干涉系統的使用，使得系統的穩定性較低。因此，如何在腔外設計低成本、穩定、簡單的光學系統實現陣列矢量光束的產生及其靈活調控已成為急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種結構簡單、成本低、偏振態連續性好、穩定性好、可靈活調控的基于空間光調制器的陣列矢量光產生裝置及方法。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：

一種基于空間光調制器的陣列矢量光產生裝置，包括激光光源、依次設置于激光光源的出射光路上的用于產生垂直方向的線偏振光的偏振器一、針孔濾波器、透鏡一和半波片一，所述半波片一的出射光路上設有將該激光光路垂直反射的反射鏡，反射鏡的反射光路上依次設有50:50非偏振分束器、光束位移器、透鏡二、透鏡三、反射式空間光調制器，經反射鏡反射后的激光透射過50:50非偏振分束器的激光再經光束位移器將光分為水平和垂直偏振光，水平和垂直偏振光經過透鏡二、透鏡三擴大了兩束光的直徑和中心距離后照射到反射式空間光調制器的屏幕加載的兩個達曼渦旋光柵上，兩個達曼渦旋光柵具有相同光柵常數，透射過透鏡三的垂直偏振光的光路上設有將垂直偏振光變為水平偏振光的半波片二；從反射式空間光調制器反射的光依次經過半波片二、透鏡三、透鏡二、光束位移器后再經50:50非偏振分束器反射，在50:50非偏振分束器的反射光路上依次設置四分之一波片、透鏡四、偏振器二和CCD相機。

進一步地，所述CCD相機和反射式空間光調制器連接到計算機。

進一步地，所述半波片二的快軸呈45°放置。