[实用新型]一种旋转矢量偏振光束产生装置

说明书

技术领域

本实用新型与光束产生装置有关，特别是一种旋转矢量偏振光束产生装置。主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作用等领域。

技术背景

旋转矢量偏振光束是指光束横向偏振态呈现旋转的轴对称分布的光束，由于具有特殊的光束聚焦性质和传播特性，旋转矢量偏振光束在许多光学系统中具有极为重要的作用，可以应用到光存储系统、显微系统、平版印刷术，相位移动、激光加工、光镊子技术、超分辨等领域，例如，旋转矢量偏振光束可应用于光学显微技术中实现超分辨效应，因为一定的旋转矢量偏振光束经过聚焦后焦点比同一聚焦系统中线偏振光束聚焦的焦点的横向光斑小。旋转矢量偏振光束的产生装置是研究和利用旋转矢量偏振光束的必备前提条件，引起广泛关注。

目前，产生旋转矢量偏振光的方法有激光谐振腔内部调制方法和光束干涉方法。激光谐振腔内部调制方法存在系统结构控制参数要求高、且只能够应用于大尺寸谐振腔激光器的不足；光束干涉方法存在系统结构复杂、调节不便利、构建难度大等不足。

在现有技术中，有一种可调式矢量光束整形系统可以实现部分旋转矢量偏振光束的产生，在中国实用新型专利“可调式矢量光束整形系统”中有所记载，专利号为：ZL200410052913.4。该可调式矢量光束整形系统具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足，主要为：1)如果利用该专利的技术产生一般形式的旋转矢量偏振光束，所需要必备的条件是系统入射光束需要为旋转矢量偏振光束的特殊形式，比如径向偏振光束或方位角偏振光束，然而，径向偏振光束和方位角偏振光束的产生也属于旋转矢量偏振光束产生范畴，所以，该技术系统本质决定无法实现非旋转矢量偏振光束转化为旋转矢量偏振光束，本质上决定无法实现非相干入射光束向旋转矢量偏振光束的转化过程，对入射光束要求高，入射光束本身难以得到；2)在先技术系统中存多个机械移动和旋转部件减低了系统稳定性和可靠性；3)无法实现出射光束与入射光束相对的光束横向扩束效应，无法调节出射光束外形尺寸，限制了应用范围。

发明内容

本实用新型要解决的问题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种旋转矢量偏振光束产生装置，具有可实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化、入射光束要求低、系统稳定性和可靠性高、光束偏振态调节方便、可以调节出射光束横向尺寸等特点。

本实用新型为解决上述技术问题，采用了如下技术方案：

一种旋转矢量偏振光束产生装置，其特征是：由光源、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、入射二分之一波片和出射二分之一波片构成，外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、入射二分之一波片和出射二分之一波片依次位于光源出射光束光路上，光源与外反射式圆锥面反射镜的位置相对应，圆柱筒形曲面偏振器的对称轴与出射光束平行，并且圆柱曲面与外反射式圆锥面反射镜的反射锥面成45度夹角，内反射式圆锥面反射镜的反射锥面与外反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，入射二分之一波片和出射二分之一波片与出射光束垂直。

作为优选，所述的光源为非相干光源、气体激光器、固体激光器、染料激光器、自由电子激光器、半导体激光器中的一种。

作为优选，所述的外反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥面反射镜、反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜中的一种。

作为优选，所述的内反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射镜、反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜中的一种。

作为优选，所述的圆柱筒形曲面偏振器为圆柱筒形偏振膜、圆柱曲面壳式偏振元件中的一种。

本实用新型旋转矢量偏振光束产生装置的工作过程为光源出射光束沿对称光轴传播，射向外反射式圆锥面反射镜；被外反射式圆锥面反射镜反射后，由于外反射式圆锥面反射镜反射锥面与对称光轴成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传播光束经过圆柱筒形曲面偏振器后光束偏振态发生改变，而后经过内反射式锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，由于外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，旋转矢量偏振光束与对称光轴平行，沿对称光轴传播依次经过入射二分之一波片和出射二分之一波片，通过调节入射二分之一波片和出射二分之一波片光波片波片光轴夹角，可以调节旋转矢量偏振光束偏振态，调节外反射式圆锥面反射镜和内反射式锥面反射镜两反射锥面间距可改变出射光束横向尺寸。