專利名稱：包括分束器和線偏振模式相位調(diào)制器的相位調(diào)制器系統(tǒng)和用于將朝向該相位調(diào)制器傳輸 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減小相位調(diào)制器系統(tǒng)的輸出功率損耗的光學(xué) 布置，所述相位調(diào)制器系統(tǒng)包括適于調(diào)制線偏振光而保持其偏振態(tài)不變 的反射模式相位調(diào)制器。本發(fā)明還涉及一種用于將朝向相位調(diào)制器傳輸 的光束和從該相位調(diào)制器反射回的光束分離的方法。
背景技術(shù)：
已知的相位調(diào)制器系統(tǒng)可包含包括透射模式相位調(diào)制器(透射入射 光)和反射模式相位調(diào)制器(反射入射光束)在內(nèi)的各種相位調(diào)制器。 本發(fā)明主要關(guān)注反射模式相位調(diào)制器的應(yīng)用。某些應(yīng)用需要特定的相位 調(diào)制器，其反射或透射具有特定偏振的入射光束，并保持該特定偏振。 該特定偏振可以是線偏振或者圓偏振。這兩種相位調(diào)制器因此將^皮稱為
線偏振模式相位調(diào)制器和圓偏振模式相位調(diào)制器(LPM相位調(diào)制器和 CPM相位調(diào)制器)。這樣的相位調(diào)制器在市場(chǎng)上有售并廣泛地用于各種 應(yīng)用中。
較便宜的LPM相位調(diào)制器和CPM相位調(diào)制器的構(gòu)造通常要求入射 光束與相位調(diào)制器的表面垂直，因此在反射模式相位調(diào)制器的情況下， 入射光束沿相同的光路被反射返回。在大多數(shù)應(yīng)用中，由于只有被反射 的相位調(diào)制過(guò)的光束要被耦合出來(lái)以供進(jìn)一步使用，因此必須將該相位 調(diào)制過(guò)的光束與入射光束分離。
在傳統(tǒng)的相移器布置中，入射光束與被反射的相位調(diào)制過(guò)的光束的 分離通常是通過(guò)使用中性束分束器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，JacekKacperski等 人描述了這樣的一種布置(Optics Express 9664, Vol.14, No.21 )，其中 硅基液晶(LCoS)顯示器用作LPM相位調(diào)制器。輸入光束通過(guò)偏振控 制器(其為X/2波片)，以得到所需的線偏振態(tài)，然后通過(guò)中性束分束 器，只將光束的一半引導(dǎo)到LCoS顯示器上。被反射的相位調(diào)制過(guò)的光 束再次通過(guò)該分束器，這意味著僅有原始光束的1/4可以從該系統(tǒng)中耦 合出來(lái)，這種高輸出損耗是傳統(tǒng)LPM相位調(diào)制器系統(tǒng)的缺點(diǎn)。美國(guó)第5,539，567號(hào)專利公開(kāi)了一種相位調(diào)制器系統(tǒng)，用于解決在 采用圓偏振光照射CPM相位調(diào)制器時(shí)將入射光束與反射光束分離的問(wèn) 題。為了產(chǎn)生圓偏振光,將輸入光束引導(dǎo)到偏振分束器(PBS)中，該 光束中的p偏振分量被該P(yáng)BS內(nèi)反射并從該P(yáng)BS出射，朝向被提供以 用于將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光的1/4波片。CPM相位調(diào)制器將該圓偏 振光反射回而保持其圓偏振不變。由于該光束返回通過(guò)1/4波片，因此 其偏振^L轉(zhuǎn)換回線偏振，但因?yàn)樵摴馐鴥纱谓?jīng)過(guò)該1/4波片，因此其偏 振-故旋轉(zhuǎn)了 90°,因此可以通過(guò)PBS。所以相位調(diào)制過(guò)的輸出光束以與 輸入光束不同的位置和角度從該相位調(diào)制器系統(tǒng)出射。
上述布置不適于與LPM相位調(diào)制器一起使用，因?yàn)?/4波片產(chǎn)生圓 偏振光從而使得該光束不適于LPM相位調(diào)制器。
一種用于與LPM相位調(diào)制器結(jié)合使用的類似的低輸出損耗的光學(xué) 布置是令人期待的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光學(xué)布置，其用于減小包括反射 模式LPM相位調(diào)制器的相位調(diào)制器系統(tǒng)的輸出損耗。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于將傳向LPM相位調(diào)制器和從 LPM相位調(diào)制器反射回的光束分離的方法。
上述目的是通過(guò)提供一種根據(jù)權(quán)利要求1的相位調(diào)制器系統(tǒng)和一種 根據(jù)權(quán)利要求8的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)附圖和示例性實(shí)施例，本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)將變得清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)相位調(diào)制器系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖。
圖2是示出光束在通過(guò)相位調(diào)制器系統(tǒng)時(shí)在不同階段的偏振態(tài)的示 意圖系列。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)相位調(diào)制器系統(tǒng)20的示例性實(shí)施例的示 意視圖。該相位調(diào)制器系統(tǒng)20包括沿著橫穿系統(tǒng)20的光束1、 3、 5、 7、9、 10、 11、 12的光路而布置的偏振分束器(PBS) 2、 X/2波片4、光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6以及反射模式LPM相位調(diào)制器8。
取決于應(yīng)用，所述光路可以沿著PBS2和相位調(diào)制器8之間的任何理想的線。利用反射鏡、光波導(dǎo)等創(chuàng)建所需的光路在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因此不對(duì)之進(jìn)一步詳細(xì)討論。
在本發(fā)明的背景中，光學(xué)旋轉(zhuǎn)器被認(rèn)為是一種偏振旋轉(zhuǎn)器，其將線偏振光束的偏振態(tài)沿著給定方向旋轉(zhuǎn)一特定角度，例如，旋轉(zhuǎn)的方向與光傳播的方向無(wú)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6的旋轉(zhuǎn)角度是45。。該光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6可以是，例如，任何具有經(jīng)過(guò)適當(dāng)選擇的厚度的旋光材料(手性物質(zhì))，或者其可以是45。法拉第(Faraday)旋轉(zhuǎn)器。
X/2波片4另一方面是不同類型的偏振旋轉(zhuǎn)器往返通過(guò)A72波片的光束的旋轉(zhuǎn)不是累計(jì)的，例如，旋轉(zhuǎn)的方向依賴于光傳播的方向。因此，往返通過(guò)這種波片的線偏振光的偏振方向?qū)⒈３窒嗤?br> LPM相位調(diào)制器8可以是，例如，VAN(豎直對(duì)準(zhǔn)向列)才莫式液晶，在一種其實(shí)際的實(shí)施形式中，是硅基液晶(LCoS)結(jié)構(gòu)。
輸入光束1被引導(dǎo)到PBS 2中，在PBS 2處其被分成s偏振分量la和p偏振分量lb。 s偏振分量la^皮反射并從系統(tǒng)中射出，或者可替換地其可以被耦合出以供進(jìn)一步使用，而p偏振分量lb通過(guò)PBS2，并以光束3射出。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，p偏振輸入光束1在被引導(dǎo)到PBS2中之前被產(chǎn)生，并且沒(méi)有任何損耗地通過(guò)PBS2。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，使出射的p偏振光3通過(guò)X/2波片4。 X/2波片4可被布置在沿著PBS 2和相位調(diào)制器8之間的光路的任何位置，并用于調(diào)節(jié)到相位調(diào)制器8的出射光束5的偏振角。當(dāng)沿前向通過(guò)X/2波片4時(shí)，p偏振光束3的線偏振被旋轉(zhuǎn)了給定角度以匹配相位調(diào)制器8的所需的偏振角。
光束5傳播到光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6,光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6將偏振旋轉(zhuǎn)45°。作為通過(guò)了 X/2波片4和45。光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6的結(jié)果，入射到LPM相位調(diào)制器8上的光束7的偏振與相位調(diào)制器8的特定偏振態(tài)相對(duì)應(yīng)，當(dāng)入射光束7反射回時(shí)光束7的偏振沒(méi)有變化，而光束7的相位得到了調(diào)制。當(dāng)沿后向傳輸?shù)谋环瓷涞南辔徽{(diào)制過(guò)的光束9被光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6再次旋轉(zhuǎn)45。時(shí)，出射光束10的偏振將垂直于光束5的偏振。進(jìn)一步，當(dāng)光束10沿后向通過(guò)A72波片4時(shí)，其偏振被往回旋轉(zhuǎn)了與其沿著前向穿過(guò)它時(shí)相同的給定角度。因此得到s偏振光束ll，其在再次入射到PBS2時(shí)被PBS2反射，并且因此能夠以與進(jìn)入系統(tǒng)20的輸入光束1的位置和角度不同的位置和角度的輸出s偏振光束12的形式被耦合出相位調(diào)制器系統(tǒng)20 。
通過(guò)相位調(diào)制器系統(tǒng)20的光束(l、 3、 5、 7、 9、 10、 11、 12)的偏振態(tài)在圖2的圖中被示出。箭頭表示偏振方向(y軸對(duì)應(yīng)豎直偏振或p偏振態(tài))，而每個(gè)圖下面的數(shù)字表示相關(guān)光束的標(biāo)記數(shù)字。因此，第一個(gè)圖示出輸入光束1的偏振態(tài)，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例其為p偏振(豎直偏振)光束。從PBS2射出的光束3與輸入光束1具有相同的偏振，這可以從第二個(gè)圖中看出。第三個(gè)圖示出光束5的偏振已被X/2波片相對(duì)于光束3的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)了給定角度a。所需的角度a可以通過(guò)繞z軸旋轉(zhuǎn)波片從而改變?nèi)?2波片的取向來(lái)比較容易地設(shè)置。光束7的偏振被光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6相對(duì)于光束5沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)45°,因此光束7的偏振與輸入光束1的原始的p偏振成a + 45。角。對(duì)X/2波片的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行選擇以使得p偏振光束的總旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致與LPM相位調(diào)制器8的特定偏振態(tài)相對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，其被反射回從而未改變。沿后向傳輸?shù)南辔徽{(diào)制過(guò)的光束9、 10、 11和12的偏振態(tài)用虛線箭頭示出以使圖更易于理解。正如可以從第五個(gè)圖看出的，從LPM相位調(diào)制器8^皮反射回的光束9的偏振相對(duì)于入射光束7保持不變，而其相位得到了調(diào)制。當(dāng)沿后向通過(guò)光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6時(shí)，光束10的偏振被沿相同的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了另一個(gè)45。，這意味著光束10的偏振與y軸成a + 90。角，因?yàn)楣鈱W(xué)旋轉(zhuǎn)器6的旋轉(zhuǎn)的方向與傳播方向無(wú)關(guān)。對(duì)于X/2波片情況不是這樣的，X/2波片將光束10的偏振往回旋轉(zhuǎn)相同的角度a,但這次是沿逆時(shí)針。因此所得到的光束11的偏振垂直于原始的p偏振輸入光束1的偏振。因此，s偏振光束11以再次進(jìn)入PBS2時(shí)的角度^皮反射回，從而提供相位調(diào)制過(guò)的s偏振輸出光束12,如在最后的圖中所見(jiàn)。
輸入和輸出光束1和12的角色以及傳播方向都是可逆的，這意味著如果s偏振光束11在PBS2的輸出端被給送到相位調(diào)制器系統(tǒng)20中，則相位調(diào)制過(guò)的p偏振光束1可在輸入端得到。
人/2波片4和光學(xué)旋轉(zhuǎn)器6可以繞系統(tǒng)20的光軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)更好的光透射。然而系統(tǒng)20的總透射主要是由相位調(diào)制器8的反射率(reflection rate )決定的，相^f立調(diào)制器8的反射率可以相對(duì)4支大，通常約為70%。調(diào)制速度也是由相位調(diào)制器8決定的，而且通常有6-9 ms之高。LPM相位調(diào)制器8優(yōu)選為分辨率例如接近1920x1200的〗象素陣列型光學(xué)調(diào)制器。如果相位調(diào)制器8是VAN模式顯示器，則該光學(xué)系統(tǒng)的總透射的改變?cè)谙辔徽{(diào)制的功能中相當(dāng)小，在上述實(shí)施例中，透射的總的改變對(duì)于1,3兀的相位調(diào)制來(lái)說(shuō)為+/-10%。
如果PBS 2和相位調(diào)制器8彼此對(duì)準(zhǔn)從而使得從PBS 2出射的偏振光束3與相位調(diào)制器8所需的特定偏振態(tài)成45°角，則A72波片4可被省略。然而，通常不可能機(jī)械地將這些器件對(duì)準(zhǔn)到的理想程度，在這種情形下，可以通過(guò)將合適的X/2波片插入到沿PBS 2和相位調(diào)制器8之間
轉(zhuǎn)角度優(yōu)選為在(-45。)和(+45。)之間，甚至更優(yōu)選地在(-23。)和(+23。)之間。
意在僅將上述實(shí)施例作為說(shuō)明性的例子，而不是限制本發(fā)明。在不背離由所附權(quán)利要求所決定的保護(hù)范圍的情況下，各種改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種相位調(diào)制器系統(tǒng)(20)，包括分束器；和反射模式相位調(diào)制器(8)，其適于調(diào)制具有至少一個(gè)特定偏振態(tài)的線偏振光而保持所述偏振態(tài)不變；其中所述分束器和所述相位調(diào)制器(8)沿著光束(1、3、5、7、9、10、11、12)的光路被布置，其特征在于，所述分束器是偏振分束器(2)，并且所述相位調(diào)制器系統(tǒng)(20)還包括光學(xué)旋轉(zhuǎn)器(6)，其沿所述偏振分束器(2)和所述相位調(diào)制器(8)之間的光路被布置，并且將傳向所述相位調(diào)制器(8)和從所述相位調(diào)制器(8)返回的光束(5、9)的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)總計(jì)90°；其中入射到所述相位調(diào)制器(8)上的光束(7)的偏振態(tài)對(duì)應(yīng)于所述特定偏振態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，人/2波片(4)沿著所述偏振分束器(2)和所述相位調(diào)制器(8)之間的光路被布置，所述X/2波片(4)將傳向所述相位調(diào)制器(8)的光束(3)的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一預(yù)先選擇的角度(a),并且將傳向所述偏振分束器(2)的光束(10)的偏振態(tài)沿相反方向旋轉(zhuǎn)相同的角度(a)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述A72波片被布置在所述偏振分束器(2)和所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)器(6)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述X/2波片被布置在所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)器(6)和所述相移器(8)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)器(6)為旋光物質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)器(6)為45。法拉第旋轉(zhuǎn)器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項(xiàng)所述的相位調(diào)制器系統(tǒng)，其中，所述相位調(diào)制器(8)是像素陣列型光學(xué)調(diào)制器，優(yōu)選為豎直對(duì)準(zhǔn)向列模式液晶結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選為豎直對(duì)準(zhǔn)向列模式硅基液晶結(jié)構(gòu)。
8. —種用于將相位調(diào)制器系統(tǒng)中的輸入光束與相位調(diào)制過(guò)的光束分離的方法，所述相位調(diào)制器系統(tǒng)包括相位調(diào)制器，所述相位調(diào)制器可工作在反射^t式下且適于對(duì)具有至少一個(gè)特定線偏振態(tài)的線偏振光進(jìn)行調(diào)制而保持所述特定線偏振態(tài)，其特征在于，所述方法包括步驟a) 通過(guò)使輸入光束通過(guò)偏振分束器來(lái)提供具有第一偏振態(tài)的光束；b) 利用光學(xué)旋轉(zhuǎn)器將所述光束的所述第一偏振態(tài)沿著第一方向旋轉(zhuǎn)45。；c) 利用所述相位調(diào)制器反射所述光束以得到相位調(diào)制過(guò)的反射光束，其中入射到所述相位調(diào)制器上的所述光束的偏振態(tài)對(duì)應(yīng)于所述特定偏振態(tài)；d) 通過(guò)所述光學(xué)旋轉(zhuǎn)器將所述反射光束的偏振態(tài)沿著所述笫一方向旋轉(zhuǎn)45。角，以得到具有與所述第一偏振態(tài)正交的偏振態(tài)的光束；以及e) 通過(guò)使所述光束通過(guò)所述偏振分束器將具有所述第二偏振態(tài)的光束與所述輸入光束分離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述方法還包括步驟f) 利用A72波片將從所述偏振分束器傳向所述相位調(diào)制器的光束的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)a;以及g) 利用所述人/2波片將從所述相位調(diào)制器傳向所述偏振分束器的光束的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)(-a) , a是(-45。)和(+45°)之間的角度，優(yōu)選為(-20°)和(+20°)之間的角度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟f)在步驟a)和b)之間執(zhí)行，并且步驟g)在步驟d)和e)之間執(zhí)行。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟f)在步驟b)和c)之間執(zhí)行，并且步驟g)在步驟c)和d)之間執(zhí)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8 11中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述相位調(diào)制器是像素陣列型光學(xué)調(diào)制器，優(yōu)選為豎直對(duì)準(zhǔn)向列才莫式液晶結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選為豎直對(duì)準(zhǔn)向列模式硅基液晶結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是相位調(diào)制器系統(tǒng)(20)，其包括分束器和適于調(diào)制具有至少一個(gè)特定偏振態(tài)的線偏振光而保持所述偏振態(tài)的反射模式相位調(diào)制器(8)。分束器和相位調(diào)制器(8)沿光束(1、3、5、7、9、10、11、12)的光路布置。分束器是偏振分束器(2)，相位調(diào)制器系統(tǒng)(20)還包括光束旋轉(zhuǎn)器(6)，其沿偏振分束器(2)和相位調(diào)制器(8)間的光路布置，并將光束(5、9)的偏振態(tài)沿著給定方向旋轉(zhuǎn)45°角，其中入射到相位調(diào)制器(8)上的光束(7)的偏振態(tài)對(duì)應(yīng)于特定偏振態(tài)。本發(fā)明還涉及用于將相位調(diào)制器系統(tǒng)中的輸入光束與相位調(diào)制過(guò)的光束分離的方法，相位調(diào)制器系統(tǒng)包括可工作在反射模下且適于調(diào)制具有至少一個(gè)特定線偏振態(tài)的線偏振光而保持所述特定線偏振態(tài)的相位調(diào)制器。所述方法包括步驟a)通過(guò)使輸入光束通過(guò)偏振分束器來(lái)提供具有第一偏振態(tài)的光束；b)利用光學(xué)旋轉(zhuǎn)器將所述光束的所述第一偏振態(tài)沿著第一方向旋轉(zhuǎn)45°角；c)利用相位調(diào)制器反射所述光束以得到相位調(diào)制過(guò)的反射光束，其中入射到相位調(diào)制器上的光束的偏振態(tài)對(duì)應(yīng)于所述特定偏振態(tài)；d)利用光學(xué)旋轉(zhuǎn)器將反射光束的偏振態(tài)沿著第一方向旋轉(zhuǎn)45°角以得到偏振態(tài)與第一偏振態(tài)正交的光束；以及e)通過(guò)使所述光束通過(guò)偏振分束器將具有第二偏振態(tài)的光束與輸入光束分開(kāi)。
文檔編號(hào)G02B26/06GK101606097SQ200880004247
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者A·巴羅克西, E·洛林茨, F·尤赫爾伊, G·埃戴, J·雷門伊, P·科帕 申請(qǐng)人:拜爾創(chuàng)新有限責(zé)任公司