一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置及激光加工系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置及激光加工系統(tǒng)，此處由2n（n為大于等于1的整數(shù)）個半波片構(gòu)成徑向偏振光產(chǎn)生裝置，各半波片的慢軸均平行于其橫截面，結(jié)構(gòu)極其簡單，易于制作。在此利用多個半波片同時對入射光的偏振態(tài)進行控制，即將光束截面上偏振態(tài)在空間上進行重新調(diào)制，使其呈現(xiàn)一種近似的各向異性偏振分布，從而達到徑向偏振的效果，由此產(chǎn)生了徑向偏振光，且理論上可以達到完全徑向偏振。另外，所產(chǎn)生徑向偏振光的純度由半波片的個數(shù)（2n）決定，如此可根據(jù)需要提高徑向偏振光的純度。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置及激光加工系統(tǒng)。 一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置及激光加工系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 徑向偏振光束是一種新穎的，形式獨特的偏振光模式，其偏振機制與傳統(tǒng)的線偏 振和圓偏振不同。對于線偏振光束和圓偏振光束，在光束橫截面上任意一點電場矢量的振 動均是一致的，即方向相同，大小相同，因此這種偏振態(tài)為各向同性偏振態(tài)；而徑向偏振光 束，在截面上任意一點電場矢量的振動不一致，大小相同，而方向不同，這是一種各向異性 的偏振態(tài)。徑向偏振光束是軸對稱偏振光束的一種重要類型。對于軸對稱偏振光束，其突 出特點在于：在光束橫截面上任意一點電場矢量方向與徑向的夾角保持不變。徑向偏振光 束在橫截面上的電場矢量始終與徑向平行。
[0003] 徑向偏振光束由于其獨特的偏振形式和卓越的光束特性，已在科研和工業(yè)界引起 了人們的極大興趣，在激光切割、粒子加速、光學(xué)顯微等尖端科技中有著非常廣闊的應(yīng)用前 景。例如：激光切割金屬的參數(shù)很大程度上取決于光束的偏振特性。為了滿足工業(yè)需要， 在加工金屬表面的輻射吸收率必須是軸對稱的且最大的。人們用圓偏振光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線 偏振光束，從而得到了目前最好的激光切割金屬的效果。研究顯示，采用徑向偏振光束進行 激光切割金屬的效率將是采用圓偏振光束時的2倍。然而現(xiàn)有徑向偏振光產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，且所產(chǎn)生徑向偏振光純度較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置，旨在解決現(xiàn)有徑向偏振 光產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
[0005] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置，包括2η個半波片，各半 波片的慢軸均平行于其橫截面，其中η為大于等于1的整數(shù)。
[0006] 本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種采用上述徑向偏振光產(chǎn)生裝置的激光加 工系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明實施例由2η (η為大于等于1的整數(shù))個半波片構(gòu)成徑向偏振光產(chǎn)生裝置， 各半波片的慢軸均平行于其橫截面，結(jié)構(gòu)極其簡單，易于制作。在此利用多個半波片同時對 入射光的偏振態(tài)進行控制，即將光束截面上偏振態(tài)在空間上進行重新調(diào)制，使其呈現(xiàn)一種 近似的各向異性偏振分布，從而達到徑向偏振的效果，由此產(chǎn)生了徑向偏振光，且理論上可 以達到完全徑向偏振。另外，所產(chǎn)生徑向偏振光的純度由半波片的個數(shù)（2η)決定，如此可 根據(jù)需要提高徑向偏振光的純度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是線偏振光通過現(xiàn)有半波片后，光束偏振面受到調(diào)制發(fā)生偏轉(zhuǎn)的示意圖；
[0009] 圖2是本發(fā)明實施例提供的徑向偏振光產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（由8塊半波片構(gòu) 成，且相鄰半波片間慢軸的夾角為22.5° );
[0010] 圖3是本發(fā)明實施例提供的0°半波片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖4是本發(fā)明實施例提供的徑向偏振光產(chǎn)生裝置慢軸分布圖；
[0012] 圖5是線偏振光通過由8塊半波片組成的SVR后出射光束的偏振分布示意圖；
[0013] 圖6是線偏振光通過SVR (η足夠大）后出射光束的偏振分布不意圖。

【具體實施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0015] 本發(fā)明實施例由2η (η為大于等于1的整數(shù))個半波片構(gòu)成徑向偏振光產(chǎn)生裝置， 各半波片的慢軸均平行于其橫截面，結(jié)構(gòu)極其簡單，易于制作。在此利用多個半波片同時對 入射光的偏振態(tài)進行控制，即將光束截面上偏振態(tài)在空間上進行重新調(diào)制，使其呈現(xiàn)一種 近似的各向異性偏振分布，從而達到徑向偏振的效果，由此產(chǎn)生了徑向偏振光，且理論上可 以達到完全徑向偏振。另外，所產(chǎn)生徑向偏振光的純度由半波片的個數(shù)（2η)決定，如此可 根據(jù)需要提高徑向偏振光的純度。
[0016] 下面以η=4為例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細描述。
[0017] 在此應(yīng)當(dāng)說明的是，半波片（相位延遲器）作為一種常用的偏振器件，它可以由多 種人工或天然雙折射晶體制成，常被用來改變?nèi)肷涔馐钠駪B(tài)。半波片能夠使得在其中 傳播的0光和e光產(chǎn)生一個π的相對相移，它能夠?qū)⑷肷涞木€偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)一個特 定的角度，在激光【技術(shù)領(lǐng)域】常被用來作為偏振控制器件。若一束線偏振光入射現(xiàn)有半波片， 光束偏振面與波片慢軸的夾角為Φ (如45° )，經(jīng)過該波片調(diào)制后，光束偏振面將以波片慢 軸為對稱軸旋轉(zhuǎn)2 Φ (如90° )，如圖1所示。
[0018] 若將徑向偏振光的橫截面沿徑向分割成m份，當(dāng)m足夠大時，每一份的偏振形式可 以看成是方向沿徑向的線偏振態(tài)，因此徑向偏振光可以看成是沿徑向分割的無限多份偏振 方向沿徑向的線偏振光組合而成。本發(fā)明實施例利用多塊半波片，相鄰半波片慢軸方向彼 此呈一定夾角，入射光通過時，受空間調(diào)制光束截面上線偏振方向不再單一，而是近似地指 向截面的平行徑向。當(dāng)使用的半波片越多時，出射光束的偏振態(tài)越接近徑向偏振。
[0019] 如圖2?4所示，本發(fā)明實施例提供的徑向偏振光產(chǎn)生裝置包括2n個半波片l(n 為大于等于1的整數(shù))，各半波片1的慢軸平行于其橫截面，結(jié)構(gòu)極其簡單，易于制作。在此 利用多個半波片1同時對入射光的偏振態(tài)進行控制，即將光束截面上偏振態(tài)在空間上進行 重新調(diào)制，使其呈現(xiàn)一種近似的各向異性偏振分布，從而達到徑向偏振的效果，由此產(chǎn)生了 徑向偏振光，且理論上可以達到完全徑向偏振。另外，所產(chǎn)生徑向偏振光的純度由半波片1 的個數(shù)（2n)決定，如此可根據(jù)需要提高徑向偏振光的純度。
[0020] 上述各半波片1慢軸處于同一平面，相鄰半波片1間慢軸的夾角ω優(yōu)選為90° / η，以使所產(chǎn)生的徑向偏振光純度更高。進一步地，沿順時針或逆時針方向，其中一個半波片 的慢軸與其余各半波片的慢軸間的夾角為ω、2ω、3ω "·Μω，Μ為大于等于1的整數(shù)，以使 偏振態(tài)在空間上調(diào)制均勻。此處使其中一個半波片的慢軸與其尖端角角平分線平行，這樣 利于調(diào)整本徑向偏振光產(chǎn)生裝置的方位，使該半波片的慢軸與入射線偏振光的偏振方向一 致。
[0021] 作為優(yōu)選，各半波片1的橫截面為扇形，2η個半波片1的徑向側(cè)面依序粘接形 成圓柱狀徑向偏振光產(chǎn)生裝置，或稱之為空間變化的λ/2波片（spatially variable retarder，SVR)。n=4時，即由8個尺寸相同的半波片1通過其側(cè)面依序粘接形成圓柱狀徑 向偏振光產(chǎn)生裝置，且使相鄰半波片1間慢軸的夾角ω =90° /4=22. 5°。
[0022] 如圖3?5所示，本發(fā)明實施例以慢軸平行于尖端角2角平分線3的半波片作為 〇°半波片，則使入射線偏振光的偏振方向與所述〇°半波片慢軸方向相同，此處可通過旋 轉(zhuǎn)整個徑向偏振光產(chǎn)生裝置使兩者方向相同。而沿順時針或逆時針方向，其余半波片的慢 軸與所述〇°半波片的慢軸分別相差ω=22. 5°，2ω=45°，3ω=67. 5°......ηω或 是-ω =-22. 5, -2 ω =-45。，-3 ω =-67. 5。......-η ω，這樣相鄰半波片間慢軸的夾 角均為ω=22.5° ,如圖4所示。
[0023] 具體地，當(dāng)入射線偏振光通過SVR時，只需旋轉(zhuǎn)SVR，就可以使得光束偏振方向與 〇°半波片慢軸方向相同，并在截面上不同位置受到不同波片的調(diào)制，因此出射光束的偏振 態(tài)隨著半波片的空間變化而變化。出射光束偏振態(tài)應(yīng)該是這樣的：受同一半波片調(diào)制的截 面區(qū)，偏振方向平行于該半波片尖端角角平分線，圖5示出了線偏振光通過由8個（η=4時） 半波片組成的S V R后出射光束的偏振分布，可以看出該偏振態(tài)與徑向偏振態(tài)非常相近。η越 大，出射光束偏振態(tài)越接近徑向偏振，圖6不出了 η足夠大時出射光束偏振態(tài)分布。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置包括2η個半波片，各半波片 的慢軸均平行于其橫截面，其中η為大于等于1的整數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，相鄰半波片間慢軸的夾角 ω=90° /η〇
3. 如權(quán)利要求2所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，沿順時針或逆時針方向，其 中一個半波片的慢軸與其余各半波片的慢軸間的夾角為《、2?、3〇3"，〇3^為大于等于1 的整數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1?3中任一項所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，其中一個半波 片的慢軸與其尖端角角平分線平行。
5. 如權(quán)利要求4所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，以慢軸平行于尖端角角平 分線的半波片作為0°半波片，入射線偏振光的偏振方向與所述0°半波片慢軸方向相同。
6. 如權(quán)利要求1、2、3或5任一項所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，各半波片的 橫截面為扇形，2η個半波片的徑向側(cè)面依序粘接形成圓柱狀徑向偏振光產(chǎn)生裝置。
7. 如權(quán)利要求4所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置，其特征在于，各半波片的橫截面為扇形， 2η個半波片的徑向側(cè)面依序粘接形成圓柱狀徑向偏振光產(chǎn)生裝置。
8. -種米用如權(quán)利要求1?7中任一項所述的徑向偏振光產(chǎn)生裝置的激光加工系統(tǒng)。
【文檔編號】B23K26/00GK104102015SQ201310121118
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月9日
【發(fā)明者】劉晉, 陳永興, 盧洪湖, 彭金明, 陳根余, 陳焱, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司