[发明专利]一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法、系统及应用

权利要求书

1.一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据目标三维方向确定待加工的纳米光栅的光轴在垂直于激光入射方向的平面内的旋转角，以及在平行于激光入射方向的平面内的旋转角；

（2）根据所述旋转角调整入射的激光光束的偏振方向，并根据所述旋转角改变激光光束的光强分布，得到加工光束；所述加工光束在聚焦前、后的偏振状态不同，使得在焦点处，激光光场的偏振状态发生改变，不再保持入射的偏振状态，而是在垂直和平行于激光入射方向的平面内均存在指定的旋转角；

（3）将所述加工光束聚焦于熔融石英以写入纳米光栅，使得加工得到的纳米光栅的光轴在所述平面和所述平面内的旋转角分别为和，从而将纳米光栅的光轴方向调控到所述目标三维方向。

2.如权利要求1所述的调控纳米光栅光轴三维方向的方法，其特征在于，还包括：在调整入射的激光光束的偏振方向和光强分布之前，将入射的激光光束调整到所需强度和大小，并调整激光光束的幅度分布，使激光光束均匀分布。

3.一种调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，包括：沿光路方向依次设置的第一光束调控单元、衰减片、第二光束调控单元以及物镜；

所述第一光束调控单元，用于将入射的激光光束调整到所需的强度和大小；

所述衰减片，用于调整经所述第一光束调控单元调整之后的激光光束的幅度分布，使激光光束均匀分布，得到均匀光束；

所述第二光束调控单元，用于根据旋转角调整所述均匀光束的偏振方向，并根据所述旋转角改变所述均匀光束的光强分布，得到加工光束；所述加工光束在聚焦前、后的偏振状态不同，使得在焦点处，激光光场的偏振状态发生改变，不再保持入射的偏振状态，而是在垂直和平行于激光入射方向的平面内均存在指定的旋转角；

所述物镜，用于将所述加工光束聚焦于熔融石英以写入纳米光栅，使得加工得到的纳米光栅的光轴在平面和平面内的旋转角分别为和，从而将纳米光栅的光轴方向调控到目标三维方向；

其中，平面为垂直于激光入射方向的平面，平面为平行于激光入射方向的平面，旋转角和旋转角分别为目标三维方向在所述平面和所述平面内的旋转角。

4.如权利要求3所述的调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，所述第二光束调控单元包括：第二半波片和第一开孔挡板；

所述第二半波片用于根据旋转角调整光束的偏振方向；

所述第一开孔挡板上设置有可滑动的开孔，用于根据旋转角改变所述均匀光束的光强分布；

沿光路方向，所述第二半波片设置于所述第一开孔挡板之前或之后；所述第一开孔挡板与所述第二半波片联动旋转，以使得所述第一开孔挡板上开孔的滑动方向始终与经所述第二半波片调整后的光束的偏振方向平行。

5.如权利要求4所述的调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，所述第一开孔挡板上的开孔形状关于滑动轴对称。

6.如权利要求3所述的调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，所述第二光束调控单元包括沿光路方向依次设置的可编程器件、第三透镜、第二开孔挡板、第四透镜以及第三半波片；

所述可编程器件用于对所述均匀光束中不需要的部分加载线性相位后反射光束，以通过相位调制改变所述均匀光束的光强分布；

所述第二开孔挡板，其上的开孔用于透过经所述可编程器件反射的光束中未经相位调制的部分，并阻挡其中加载了线性相位的部分；

所述第三透镜和所述第四透镜组成一个4f系统，用于将所述可编程器件的相位投影到所述物镜的前焦平面处。

7.如权利要求6所述的调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，所述可编程器件为空间光调制器或数字微反射镜器件。

8.如权利要求6所述的调控纳米光栅光轴三维方向的系统，其特征在于，所述第二光束调控单元还包括一个或多个反射镜，用于调整光路方向。