[发明专利]一种产生全庞加莱光束的装置和方法

权利要求书

1.一种产生全庞加莱光束的装置，包括，

光源，用于产生激发光；

扩束镜，用于接收来自所述光源的光束并且将所接收的光束进行扩束；

叉形光栅，刻蚀在光栅玻璃上，用于过滤所述光束得到零级高斯光束以及一级拉盖尔光束的混合光束；所述光栅玻璃所用材料是熔凝石英SiO2，其折射率是1.45843，所述叉形光栅的表面凸起，所述叉形光栅的线对数是20lp/mm，叉形光栅表面凸起的高度是入射光束的一个波长，其中光栅表面凸起部分呈余弦分布；

分光棱镜，用于接收来自所述叉形光栅的光束，将来自所述叉形光栅的混合光束分为透射混合光束和垂直于透射方向的反射混合光束；

第一圆形光阑，对分光棱镜中的透射混合光束进行过滤，过滤一级拉盖尔光束；

第一衰减片，用于接收第一圆形光阑过滤后的零级高斯光束并调节零级高斯光束的光强峰值；

第一平面镜，用于垂直反射第一衰减片的零级高斯光束；

半波片，用于接收第一平面镜反射的零级高斯光束，并调节零级高斯光束的偏振方向，使之偏振方向由之前的竖直方向变为水平方向；

第二圆形光阑，对分光棱镜中的反射混合光束进行过滤，过滤零级高斯光束；

第二平面镜，用于垂直反射第二圆形光阑的一级拉盖尔光束；

第二衰减片，用于接收第二平面镜反射的一级拉盖尔光束并调节一级拉盖尔光束的光强峰值；

偏振分光棱镜，用于共轴叠加所述零级高斯光束和所述一级拉盖尔光束。

2.根据权利要求1所述的一种产生全庞加莱光束的装置，其特征在于：所述光源为He-Ne气体激光器。

3.一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1:光源发出准直的高斯光束，经扩束镜扩束后射向叉形光栅，高斯光束通过光栅玻璃后取零级高斯光束以及一级拉盖尔光束；

S2：零级高斯光束和一级拉盖尔光束经过分光棱镜，分别透射和反射后用第一圆形光阑将透射过的一级拉盖尔光束滤掉，用第二圆形光阑将反射的零级高斯光束滤掉；

S3：将所述步骤S2中透射的零级高斯光束射向第一衰减片，零级高斯光束通过第一衰减片后用第一平面镜将其垂直反射至半波片，

S4：将所述步骤S2中反射的一级拉盖尔光束射向第二平面镜，经第二平面镜垂直反射后射向第二衰减片；

S5：旋转半波片的角度使步骤S3中的零级高斯光束的线偏振方向与步骤S4中反射的一级拉盖尔光束偏振方向相互垂直；

S6：将从半波片射出的零级高斯光束和由第二衰减片射出一级拉盖尔光束用偏振分光棱镜合成，调节射出的两束光平行共轴成一束合成光，此束合成光束即为全庞加莱光束。

4.根据权利要求3所述的一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S3中，通过调节第一衰减片和第二衰减片的角度，使透射的零级高斯光束和反射的一级拉盖尔光束的光强峰值比为1:1。

5.根据权利要求4所述的一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于：所述零级高斯光束的电场满足下列表达式：

式中，γ是一个调控因子，它调节着光束的光强大小，逆时针为正，顺时针为负，角度范围为0°≤γ≤90°；r是径向坐标，是方位角；是光束在位置z处的束腰半径；称为瑞利尺寸；Q(z)＝z-iZ_R；φ＝tan^-1(z/Z_R)是Gouy相位，ω₀是高斯光束的束腰半径,cos()、sin()分别代表余弦、正弦函数，exp()代表e指数函数。

6.根据权利要求3所述的一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于：所述一级拉盖尔光束的的电场满足下列表达式，其中下列表达式中的m取值1：

式中，m是拉盖尔高斯光束的阶数；ω₀是拉盖尔高斯光束的束腰半径，称为瑞利尺寸，是光束在位置z处的束腰半径；r是径向坐标，是方位角；exp()代表e指数函数；Q(z)＝z-iZ_R；φ＝tan^-1(z/Z_R)是Gouy相位。

7.根据权利要求3所述的一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于：所述全庞加莱光束的电场满足下列表达式：

其中：

E0=2π1ω(z)exp[ikγ22Q(z)]exp[i(kz-φ)]cosγ]]>

式中，exp()代表e指数函数；φ＝tan^-1(z/Z_R)是Gouy相位，ω₀是高斯光束的束腰半径，称为瑞利尺寸，是光束在位置z处的束腰半径；γ是一个调控因子，它调节着光束的光强大小，逆时针为正，顺时针为负，角度范围为0°≤γ≤90°；k表示波数，具体表达式是