專利名稱：一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型與光束產(chǎn)生及檢測(cè)裝置有關(guān)，特別是一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的
產(chǎn)生裝置。主要用于激光微加工、光學(xué)微操縱、光信息存儲(chǔ)、光與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域。技術(shù)背景 在光束偏振態(tài)研究中，人們發(fā)現(xiàn)偏振態(tài)不只局限于我們常見的線偏振、圓偏振、橢圓偏振，還出現(xiàn)了徑向偏振、方位角偏振、旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束等。2000年，美國(guó)羅徹斯特大學(xué)研究中心K. S. Youngworth和T. G. Brown等人在Opt. Expresss上發(fā)表文章，理論上計(jì)
算了徑向偏振光和方位角偏振光在高數(shù)值孔徑物鏡聚焦下的性質(zhì)，得到了引人矚目的結(jié)果(K. S. Youngworth and T. G. Brown， Opt. Expresss 7， 77 (2000))。其中徑向偏振光通過(guò)高數(shù)值孔徑的透鏡聚焦后可以獲得強(qiáng)的非傳播縱向場(chǎng)分量，從而形成尖銳的焦點(diǎn)，而方位角偏振光可以通過(guò)聚焦獲得中空光場(chǎng)。這些理論結(jié)果引起了光學(xué)界的廣泛重視，光學(xué)工作者也開始投入大量精力研究矢量光束，尤其是它的產(chǎn)生方法。2002年以色列科學(xué)家Z. Bomzon等人在Opt. Lett.上發(fā)表文章，利用特定結(jié)構(gòu)的隨空間變化的亞波長(zhǎng)介電柵，在10. 6微米波長(zhǎng)處獲得了徑向偏振光束和方位角偏振光束兩種特殊的矢量光束(Z. Bomzon etal，OpticsLetters, 27， 285 (2002)) 。 2002年英國(guó)劍橋大學(xué)M. Neil等人利用wollaston棱鏡和二元鐵電空間光調(diào)制器等設(shè)計(jì)了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，不僅獲得了徑向偏振光束和方位角偏振光束而且得到了偏振態(tài)介于二者之間的一系列矢量光束(M.A.A.Neil et al， Optics Letters,27， 1929(2002)) 。 2005年美國(guó)芝加哥大學(xué)的K. Toussaint等人利用特殊設(shè)計(jì)的主要由兩個(gè)衍射光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，生成了和M.Neil的工作類似矢量光束(K. C. Toussaintet al， Optics Letters, 30， 2846 (2005)) 。 2005年日本東北大學(xué)的Sato等人利用圓錐形的Brewster設(shè)計(jì)激光諧振腔生成徑向偏振光束。并接著在2006年，又利用C_切割Nd:YV04晶體的雙折射性質(zhì)，設(shè)計(jì)了特殊的激光諧振腔生成徑向偏振光束(Y.Kozawa and S. Sato，Optics Letters,30，3063 (2005) :K. Yonezawa， Y. Kozawa， and S. Sato， Optics Letters,31,2151 (2006))。 2007年3月，奧地利因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)的C.Maurer等人在New Jour.Phys.發(fā)表文章，利用Wollaston棱鏡和反射式空間光調(diào)制器等組成光學(xué)系統(tǒng)生成了拉蓋爾-高斯光束這樣一類特殊的矢量光束(C.Maurer et al，，New J. Phys. 9， 78 (2007))。在以上所述的研究中，生成的矢量光束偏振分布不可調(diào)，通常為某一種分布狀態(tài)，并且在需要生成不同偏振分布狀態(tài)的矢量光束時(shí)，必須對(duì)光路做出較大的調(diào)整，這就增加了生成不同偏振態(tài)的矢量光束的技術(shù)難度和試驗(yàn)操作上的復(fù)雜性，不利于矢量光束獲得更廣泛的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決了上述在先技術(shù)的不足，提供一種步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便的偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及其光強(qiáng)檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便、功能易于擴(kuò)充的偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生裝置。[0004] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案提供了偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括光源、擴(kuò)束鏡、圓錐面偏振器、帶有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件的兩平行放置的半波片、檢偏器、成像物鏡、面陣光電傳感器件以及圖像顯示器件，依次置于光源出射光束光路上；光源出射光束被擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，經(jīng)過(guò)圓錐曲面偏振器改變光束偏振態(tài)，形成某種偏振分布的矢量光束，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)兩半波片光軸夾角可調(diào)節(jié)光束的偏振分布，光束經(jīng)檢偏器檢偏后經(jīng)成像物鏡聚焦入射到面陣光電傳感器，用于檢測(cè)不同偏振態(tài)下偏振光束光強(qiáng)分布。 本實(shí)用新型所述的圓錐面偏振器的頂點(diǎn)位于光源出射光軸上且圓錐底面與光軸垂直。 本實(shí)用新型所述的兩平行放置的半波片的鏡面與光源光束垂直且初始時(shí)兩半波片快軸方向相同。 本實(shí)用新型所述的成像物鏡的鏡面中心經(jīng)由光源光束通過(guò)且鏡面與光源光束垂直。 本實(shí)用新型所述的面陣光電成像器件的光學(xué)接收面位于成像物鏡的焦點(diǎn)之后且與光源光束垂直。 本實(shí)用新型所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或?yàn)閳A錐曲面殼式偏振元件。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果本實(shí)用新型的偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生是利用光束偏振方向改變后經(jīng)過(guò)宏觀光學(xué)部件進(jìn)行偏振態(tài)的調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便、功能易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖。 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種偏振分布光束示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋，是本實(shí)用新型一種應(yīng)用形式，而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的示意圖，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括光源1、擴(kuò)束鏡2、圓錐面偏振器3、入射二分之一波片4、出射二分之一波片5，檢波片6、成像物鏡7、面陣光電傳感器件8和圖像顯示器件9 ;光源1出射光束被擴(kuò)束鏡2擴(kuò)束后，經(jīng)過(guò)圓錐面偏振器3改變光束偏振態(tài)，形成某種偏振分布的矢量光束，圓錐面偏振器3圓錐頂點(diǎn)朝向光源光束出射一端設(shè)置；經(jīng)過(guò)圓錐偏振器3后的圓錐面發(fā)射光束依次通過(guò)帶有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件的入射二分之一波片4和出射二分之一波片5，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的光軸夾角可以調(diào)節(jié)矢量偏振光束的偏振方向，所述的入射二分之一波片和出射二分之一波片兩者的光學(xué)工作面平行。 本實(shí)施例中光源1為Hi-Ne激光器，其出射光束為圓偏振光，波長(zhǎng)為632. 8nm，圓錐面偏振器3為圓錐曲面偏振膜，成像物鏡7為焦距為150mm的傅里葉透鏡，面陣光電傳感器件8為KA-1881黑白1/2" CCD圖像傳感器。[0016] 本實(shí)施例的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其工作過(guò)程為光源1沿著光軸向擴(kuò)束鏡2射出光束；光束被擴(kuò)束鏡2擴(kuò)束后，入射到圓錐面偏振器3改變光束偏振態(tài)形成某種偏振分布的矢量光束；光束經(jīng)過(guò)圓錐面偏振器3后，射向兩平行放置的半波片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)入射二分之一波片5和出射二分之一波片6的光軸夾角可以調(diào)節(jié)矢量偏振光束的偏振方向，光束經(jīng)過(guò)兩半波片后經(jīng)檢波片7檢偏后入射到面陣光電傳感器件8的接收鏡面，面陣光電傳感器8將入射的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳輸?shù)脚c之相連的圖像顯示器件9中，從而可在圖像顯示器件9上顯示光束的光強(qiáng)分布。[0017] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例輸出光束的一種偏振態(tài)分布示意圖，箭頭表示偏振方向，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)檢測(cè)，并且具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便、功能易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征為a、光源出射光束光路上依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡、圓錐面偏振器、帶有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件的兩平行放置的半波片、檢波片、成像物鏡、面陣光電傳感器件和圖像顯示器件；b、圓錐面偏振器圓錐頂點(diǎn)朝向光源光束出射一端設(shè)置，光源出射光束透過(guò)圓錐面偏振器后，形成矢量光束；c、圓錐曲面偏振器設(shè)置在擴(kuò)束鏡和兩平行放置的半波片之間光路上，改變光束偏振態(tài)；d、圓錐曲面偏振器和成像物鏡之間的光路上設(shè)置有兩個(gè)半波片，兩個(gè)半波片的光學(xué)工作面相互平行，光軸夾角可調(diào)節(jié)，光源光束經(jīng)圓錐曲面偏振器后依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)半波片形成了偏振分布可調(diào)的矢量光束；e、面陣光電傳感器件置于成像物鏡之后的光路上，并且與圖像顯示器件相連，將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給圖像顯示器件，從而在圖像顯示器件上顯示光束的光強(qiáng)分布，用于檢測(cè)光束光強(qiáng)分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是所述的圓錐面偏振器的頂點(diǎn)位于光源出射光軸上且圓錐底面與光軸垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是所述的兩平行放置的半波片的鏡面與光源光束垂直且初始時(shí)兩半波片快軸方向相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是所述的成像物鏡的鏡面中心由光源光束通過(guò)且其鏡面與光源光束垂直。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是所述的面陣光電成像器件的光學(xué)接收面位于成像物鏡的焦點(diǎn)之后且與光源光束垂直。
6. 基于權(quán)利要求1所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是包括光源、擴(kuò)束鏡、圓錐面偏振器、帶有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件的兩平行放置的半波片、成像物鏡、面陣光電傳感器件以及圖像顯示器件，依次置于光源出射光束光路上；光源出射光束被擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，經(jīng)過(guò)圓錐曲面偏振器改變光束偏振態(tài)，形成方向可調(diào)的矢量光束，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)兩半波片光軸夾角可調(diào)節(jié)光束的偏振分布，光束經(jīng)檢偏器檢偏后經(jīng)成像物鏡聚焦入射到面陣光電傳感器件，用于檢測(cè)不同偏振態(tài)下光強(qiáng)分布情況。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，其特征是所述的圓錐曲面偏振器為圓錐曲面偏振膜，或?yàn)閳A錐曲面殼式偏振元件。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種偏振分布可調(diào)的矢量光束的產(chǎn)生及光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置，整套裝置由同一系統(tǒng)對(duì)稱軸置有的光源，以及光源出射光路上依次置有的擴(kuò)束鏡、圓錐面偏振器、帶有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件的兩平行放置的半波片、檢偏器、成像物鏡、面陣光電傳感器件以及圖像顯示器件構(gòu)成。光源出射光束被擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，經(jīng)過(guò)圓錐曲面偏振器改變光束偏振態(tài)，形成某種偏振分布的矢量光束，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)兩半波片光軸夾角可調(diào)節(jié)光束的偏振分布，光束經(jīng)檢偏器檢偏后經(jīng)成像物鏡聚焦入射到面陣光電傳感器，用于檢測(cè)不同偏振態(tài)下光強(qiáng)分布情況。裝置具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、部件少、使用方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J1/42GK201518073SQ20092019913
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者方溁, 李勁松 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院