[发明专利]利用计算全息产生柱矢量光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学技术领域，特别涉及一种利用计算全息产生柱矢量光束的方法。

背景技术

径向偏振光(Radial polarized beams)和方位角偏振光(azimuthalpolarized beams)称为柱矢量光束(Cylindrical polarized beams)，它们拥有高度的对称性。由于柱矢量光束的一些特性可应用到粒子加速技术、光学镊子、材料加工、微粒的囚禁和操控、大数值孔径透镜以及一些特别的测量方法等领域。例如，柱矢量光束可应用于光学显微方法中实现超分辨效应，因为一定的柱矢量光束经过聚焦后焦点比同一聚焦方法中线偏振光束聚焦的焦点的横向光斑小。柱矢量光束的产生方法是研究和利用旋转矢量偏振光束的必备前提条件，引起了广泛关注。产生柱矢量光束有很多种方法，比如，调整一束线偏振光让其射向扭曲排列的向列相畸变的晶体，用两束偏振方向相互正交的线偏振光通过干涉仪合成，调制光束不同位置的相位后干涉合成，还有就是同时利用干涉仪和衍射的方法对激光基横模进行转换等等。每种方法各有优势，但是，仍然存在一些本质不足，主要是入射光要求高和无法产生高偏振度的柱矢量光束。

对于激光模式的选择，通常的激光器输出的是基横模光束(记为TEM₀₀模)。但是，要合成柱矢量光束，必须用TEM₁₀(或TEM₀₁)模光束。这样，就要改变激光器的输出模式。由激光原理可知，通常的横模选择即是要在参与振荡的大量横模中选出基横模，根据高阶横模所占据的空间大于基横模，因此在谐振腔内加入一定尺寸限制的光阑和合理设计谐振腔的腔型及参数将会增大高阶横模的衍射损耗从而抑制其振荡。选择的方法可分两种，其一是通过设计谐振腔的几何结构和腔参数实现基横模运转，其二是在腔内加入选模元件。然而，要保留TEM₁₀(或TEM₀₁)模光束而抑制其它阶的模要更加复杂，而且改变激光的谐振腔也是比较麻烦的，比如，可以设计一个带有一条线通过圆心的圆环，理论上可以较好地实现输出TEM₁₀(或TEM₀₁)模光束，然而对于中间过滤线的精度要求很高，因此现实中很难实现。随着信息社会和知识经济的迅速发展，激光的各阶模式在各种实验和设计制造中运用得越来越广泛，在国防建设和现代科学技术中显得更加重要。因此，能简单、快捷地获得所须的激光模式是十分关键的。

发明内容

本发明是针对现在实现柱矢量光束的方法入射光要求高，实现困难的问题，提出了一种利用计算全息产生柱矢量光束的方法，利用计算全息的不失真特性，实现激光TEM₁₀(或TEM₀₁)模光束，最终得到柱矢量光束，此方法对入射光要求低、操作调节简单、产生出的柱矢量光束的偏振度高。

本发明的技术方案为：一种利用计算全息产生柱矢量光束的方法，包括如下步骤：

1)、为单模激光器输出的基横模光束的入射光对称光轴垂直入射扩束整形器，产生沿轴向传播的平行光束；

2)、让沿轴向传播的平行光束对称光轴垂直入射到计算全息片；

3)、出射的平行光依次经过傅里叶变换透镜、空间滤波器、傅里叶逆变换透镜，形成激光TEM₁₀或TEM₀₁模光束，所述空间滤波器位于傅里叶逆变换透镜的前焦面，所述傅里叶逆变换透镜的前焦点与傅里叶变换透镜的后焦点重合；

4)、激光TEM₁₀或TEM₀₁模光束入射到折射棱镜后光轴方向改变，入射到起偏器，后接分光镜；

5)、分光镜将入射光分成两束等光强的光束，其中一束光经反射棱镜进行转像使其变为TEM₀₁或TEM₁₀模光束并改变光轴方向，另一束光依次经过可变相位板和反射镜改变光轴方向；

6)、两束光在偏振合光镜相干叠加，输出柱矢量光束。

所述的全息片是用计算像全息的方法获得，经过对物光波数学表达式的抽样、编码为透过率函数、用计算机进行绘图与照相缩版而成。

所述扩束整形器为开普勒型扩束镜。

所述傅里叶变换透镜和傅里叶逆变换透镜均为正透镜，且傅里叶变换透镜的焦距大于等于傅里叶逆变换透镜的焦距。

本发明的有益效果在于：本发明利用计算全息产生柱矢量光束的方法，对入射光束的偏振态无限制、对于入射光束要求低、方法应用范围广，产生的柱矢量光束的偏振度高。

附图说明