[发明专利]一种基于纯相位型液晶空间光调制器的一维周期结构光场产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维周期结构的光场产生方法。其特点是利用纯相位型空间光调制器直接调制光束的偏振态分布，产生强度和圆偏振度一维周期变化的光场。在半导体输运动力学测量和微结构光刻制做领域具有重要应用价值。

背景技术

一维周期结构光场在现代科学技术领域具有广泛的应用价值。传统的产生方法是使用两束非平行传播的线偏振光束的相干迭加，在交迭区域产生一维周期结构的光场，而周期由两束光的夹角决定。两束偏振平行的光迭加能够产生光强度一维周期变化的光场。这种周期光场在一维正弦型光栅的光刻制作、半导体中电子双极输运动力学测量方面得到应用。两束偏振正交或垂直的光迭加能够产生圆偏振度或偏振态一维周期变化的光场。这种周期光场在半导体中电子自旋输运动力学测量方面得到应用。然而，这种双光束相交迭加产生方法的缺点是明显的，需要两束光，增加了光路的复杂性。此外，产生的周期结构容易受到两束光之间的光程差波动而漂动。同时，对于飞秒脉冲激光束，还需要精确调节两束光的光程，使之几乎相等，因为容许的光程误差仅几十微米。这些缺点，限制了这种双光束相干迭加产生一维周期结构光场方法的广泛应用，增加了设备的复杂性和实验操作难度。因而，发明新的、简单的一维周期光场产生方法是非常必要的。

发明内容

本发明发展了一种简单的、基于纯相位型液晶空间光调制器调制单光束产生一维周期结构光场的方法。产生方法的原理如图1所示。与目前报道的双光束相干迭加产生一维周期结构光场方法对比，本发明的新方法具有如下四个优点。第一，实验装置结构简单；因为只需要一束光。第二，产生的一维周期结构光场稳定；因为不存在双光束相干迭加中两束光的光程抖动引起的一维周期结构漂动。第三，不需要光程匹配调节。即使对飞秒激光脉冲，也不涉及光程匹配调节问题，因为使用单光束。第四，计算机控制，容易改变周期光场的参数。

本发明的光学原理如图1所示。其关键特征在于引入纯相位型液晶体空间光调制器3。众所周知，纯相位型液晶空间光调制器(PPLCSLM)中液晶分子同向排列，并且液晶分子具有双折射效应。设正入射穿过PPLCSLM的光，其寻常和非寻常光分量的偏振方向分别沿X，Y方向。非寻常光的折射率n_e随施加电压而变化，而寻常光的折射率n₀不随施加电压而变化。所以，当在PPLCSLM的某一空间单元或象素上施加电压V时，通过该象素的光的非寻常和寻常光分量之间的相位差φ为：

φ(x,y,V)=2πλ[ne(x,y,V)-n0]d---(1)]]>

式中x，y为象素单元的位置坐标，V为该象素上的施加电压，也是坐标x，y的函数，必要时可以明确写为V(x，y)，λ为光波长，d为液晶层的厚度。

如图1所示，当起偏器2的偏振方向与Y轴成45度角，而其透射的线偏振光的振幅为A时，此线偏振光透过PPLCSLM后，对应坐标为(x，y)的象素的透射光场E可表示为：