專利名稱：一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于應(yīng)用光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法和裝置，主要應(yīng)用于光學(xué)信息存儲(chǔ)、光刻、超分辨顯微等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
偏振作為光波的矢量特性，近些年來(lái)吸引了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，可廣泛應(yīng)用于偏振差異成像、超分辨聚焦、激光光刻等領(lǐng)域。在研究過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)，光束的偏振態(tài)不只包括傳統(tǒng)的線偏振光、圓偏振光以及橢圓偏振光，還包括徑向偏振光(radial polarization beam)禾口切向偏振光(azimuthally polarized beam)等柱狀偏振光束。由于柱狀偏振光束的偏振態(tài)和光強(qiáng)呈對(duì)稱分布，更是被廣泛研究。公開(kāi)號(hào)為CN101465512A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種產(chǎn)生柱對(duì)稱偏振光的激光器，通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的非對(duì)稱腔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)徑向偏振光或者切向偏振光，但是由于需要改變現(xiàn)有的激光器的諧振腔，因而制作成本高。專利號(hào)為ZL 200820165973.0的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)線偏振光轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束的裝置，但是調(diào)整麻煩，并且調(diào)整精度要求很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法和裝置，調(diào)整簡(jiǎn)單且成本低。一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法，包括以下步驟(1)由激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束，經(jīng)過(guò)偏振分光器分光得到光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；(2)使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一 λ /4波片后變成右旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ /4波片后變成左旋圓偏振光；或者，使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一 λ /4波片后變成左旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ /4波片后變成右旋圓偏振光；(3)對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼，對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼，所述的反向0 2 π渦旋位相編碼的起點(diǎn)與所述的0 2 π 渦旋位相編碼的起點(diǎn)相同，經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后入射到同一光束合束器件上進(jìn)行光束相干合束，所述的光束合束器件出射的光束為徑向偏振光束。步驟( 中，使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一 λ /4波片后變成右旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ/4波片后變成左旋圓偏振光，通過(guò)設(shè)置第一 λ/4波片和第二 λ/4波片的位置即可實(shí)現(xiàn)，S卩，將第一 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，將第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。同樣，使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一 λ /4波片后變成左旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ/4波片后變成右旋圓偏振光，也可通過(guò)設(shè)置第一 λ/4波片和第二 λ/4波片的位置實(shí)現(xiàn)，S卩，將第一 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，將第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。步驟(3)中，將經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后入射到同一光束合束器件上進(jìn)行光束相干合束，得到徑向偏振光束。其中的光路折轉(zhuǎn)的設(shè)置以使得兩束光線能入射到同一光束合束器件上為準(zhǔn)。以下將以由所述的光束合束器件出射的徑向偏振光束與激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束平行或垂直為例對(duì)其實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行說(shuō)明使得由所述的光束合束器件出射的徑向偏振光束與激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束平行， 可以分別采取以下兩種實(shí)現(xiàn)方式(a)當(dāng)步驟O)中的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光分別由所述的平行線偏振光和垂直線偏振光轉(zhuǎn)換而來(lái)時(shí)對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼后，入射到光束合束器件上；對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼，再通過(guò)光路轉(zhuǎn)折器件進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折后，入射到所述的光束合束器件上，由所述的光束合束器件出射的光束相干為徑向偏振光束。(b)當(dāng)步驟O)中的右旋圓偏振光和左旋圓偏振光分別由所述的垂直線偏振光和平行線偏振光轉(zhuǎn)換而來(lái)時(shí)對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼后，入射到光束合束器件上；對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼，再通過(guò)光路轉(zhuǎn)折器件進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折后，入射到所述的光束合束器件上，由所述的光束合束器件出射的光束相干為徑向偏振光束。同理，使得由所述的光束合束器件出射的徑向偏振光束與激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束垂直，也可以分別采取兩種方式實(shí)現(xiàn)。即(a)中是對(duì)經(jīng)0 渦旋位相編碼的右旋圓偏振光進(jìn)行光路折轉(zhuǎn)后再入射到光束合束器件，而經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的左旋圓偏振光直接入射到光束合束器件。(b)中是對(duì)經(jīng)反向0 渦旋位相編碼的左旋圓偏振光進(jìn)行光路折轉(zhuǎn)后再入射到光束合束器件，而經(jīng)0 2 π渦旋位相編碼的右旋圓偏振光入射到光束合束器件。上述的產(chǎn)生徑向偏振光束的方法，也可以采取以下的方案，S卩包括以下步驟(1)由激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束，經(jīng)過(guò)偏振分光器分光得到光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；(2')對(duì)所述的平行線偏振光進(jìn)行0 渦旋位相編碼，對(duì)所述的垂直線偏振光進(jìn)行反向0 渦旋位相編碼，所述的反向0 渦旋位相編碼的起點(diǎn)與所述的0 2 π渦旋位相編碼的起點(diǎn)相同，經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后入射到同一光束合束器件上進(jìn)行光束相干合束；(3')由所述的光束合束器件出射的光束經(jīng)λ/4波片后轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，所述的λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。步驟議)中光路折轉(zhuǎn)的原理與前述的步驟(3)中相似。步驟(3')由所述的光束合束器件出射的光束經(jīng)λ/4波片后轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束的原理為所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)0 2 π渦旋位相編碼的平行線偏振光經(jīng)λ /4 波片轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的垂直線偏振光經(jīng)λ/4波片轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光，右旋圓偏振光和左旋圓偏振光兩光束相干合束得到徑向偏振光束。一種用于實(shí)現(xiàn)所述的產(chǎn)生徑向偏振光束的方法的裝置，包括激光器，用于發(fā)出準(zhǔn)直光束；偏振分光器，用于將所述的準(zhǔn)直光束分光為光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；第一 λ/4波片和第二 λ/4波片，用于將所述的平行線偏振光和垂直線偏振光分別轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，此時(shí)，第一 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置；或者用于將所述的平行線偏振光和垂直線偏振光分別轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，此時(shí)，第一 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置；0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼；反向0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼；所述的反向0 2 π渦旋位相板的相位起始線與所述的0 2 π渦旋位相板的相位起始線重合；光路轉(zhuǎn)折器件，用于對(duì)經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的左旋圓偏振光或者經(jīng)0 2π渦旋位相編碼的右旋圓偏振光進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折；以及光束合束器件，用于對(duì)經(jīng)所述的位相編碼和光路轉(zhuǎn)折后的兩束光線進(jìn)行光束相干合束。上述的用于實(shí)現(xiàn)所述的產(chǎn)生徑向偏振光束的方法的裝置，也可以為以下方案，即， 包括激光器，用于發(fā)出準(zhǔn)直光束；偏振分光器，用于將所述的準(zhǔn)直光束分光為光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的平行線偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼；反向0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的垂直線偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼；所述的反向0 2 π渦旋位相板的相位起始線與所述的0 2 π渦旋位相板的相位起始線重合；光路轉(zhuǎn)折器件，用于對(duì)經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的垂直線偏振光或者經(jīng)0 2π渦旋位相編碼的平行線偏振光進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折；光束合束器件，用于對(duì)經(jīng)所述的位相編碼和光路轉(zhuǎn)折后的兩束光線進(jìn)行光束相干合束；和λ/4波片，用于將所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)0 渦旋位相編碼的平行線偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的垂直線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光，右旋圓偏振光和左旋圓偏振光兩光束相干合束得到徑向偏振光束，所述的λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。所述的光路轉(zhuǎn)折器件為高精度平面反射鏡，其面形精度的均方根值(RMS)為0. 011 λ，PV值(表示表面的最高處與最低處的差值)為0.071 λ ；可根據(jù)需要放置多個(gè)平面反射鏡，優(yōu)選為金屬膜反射鏡。本發(fā)明原理如下對(duì)于徑向偏振光，在垂直于光軸的光束橫截面內(nèi)，其偏振表示為
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)由激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束，經(jīng)過(guò)偏振分光器分光得到光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；(2)使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一λ/4波片后變成右旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ/4波片后變成左旋圓偏振光；或者，使所述的平行線偏振光經(jīng)過(guò)第一 λ /4波片后變成左旋圓偏振光和所述的垂直線偏振光經(jīng)過(guò)第二 λ /4波片后變成右旋圓偏振光；(3)對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2π渦旋位相編碼，對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼，所述的反向0 2 π渦旋位相編碼的起點(diǎn)與所述的0 2 π渦旋位相編碼的起點(diǎn)相同，經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后入射到同一光束合束器件上進(jìn)行光束相干合束，所述的光束合束器件出射的光束為徑向偏振光束。
2.—種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)由激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束，經(jīng)過(guò)偏振分光器分光得到光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；(2')對(duì)所述的平行線偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼，對(duì)所述的垂直線偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼，所述的反向0 2 π渦旋位相編碼的起點(diǎn)與所述的0 2 π 渦旋位相編碼的起點(diǎn)相同，經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后入射到同一光束合束器件上進(jìn)行光束相干合束；(3')由所述的光束合束器件出射的光束經(jīng)λ/4波片后轉(zhuǎn)換為徑向偏振光束，所述的 λ /4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生徑向偏振光束的方法的裝置，其特征在于， 包括激光器，用于發(fā)出準(zhǔn)直光束；偏振分光器，用于將所述的準(zhǔn)直光束分光為光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；第一 λ/4波片和第二 λ/4波片，用于將所述的平行線偏振光和垂直線偏振光分別轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，此時(shí)，第一 λ /4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置；或者用于將所述的平行線偏振光和垂直線偏振光分別轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，此時(shí)，第一 λ /4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置，第二 λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的垂直線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置；0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的右旋圓偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼；反向0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的左旋圓偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼；所述的反向0 2 π渦旋位相板的相位起始線與所述的0 2 π渦旋位相板的相位起始線重合；光路轉(zhuǎn)折器件，用于對(duì)經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的左旋圓偏振光或者經(jīng)0 2 π 渦旋位相編碼的右旋圓偏振光進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折；以及光束合束器件，用于對(duì)經(jīng)所述的位相編碼和光路轉(zhuǎn)折后的兩束光線進(jìn)行光束相干合束。
4.如權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，所述的光路轉(zhuǎn)折器件為一個(gè)或多個(gè)高精度平面反射鏡，其面形精度的均方根值為0. 011 λ，PV值為0. 071 λ。
5.如權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，所述的高精度平面反射鏡為金屬膜反射鏡。
6.一種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生徑向偏振光束的方法的裝置，其特征在于， 包括激光器，用于發(fā)出準(zhǔn)直光束；偏振分光器，用于將所述的準(zhǔn)直光束分光為光強(qiáng)比為1 1的平行線偏振光和垂直線偏振光；0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的平行線偏振光進(jìn)行0 2 π渦旋位相編碼； 反向0 2 π渦旋位相板，用于對(duì)所述的垂直線偏振光進(jìn)行反向0 2 π渦旋位相編碼；所述的反向0 2 π渦旋位相板的相位起始線與所述的0 2 π渦旋位相板的相位起始線重合；光路轉(zhuǎn)折器件，用于對(duì)經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的垂直線偏振光或者經(jīng)0 2 π 渦旋位相編碼的平行線偏振光進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折；光束合束器件，用于對(duì)經(jīng)所述的位相編碼和光路轉(zhuǎn)折后的兩束光線進(jìn)行光束相干合束；和λ/4波片，用于將所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)0 渦旋位相編碼的平行線偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，所述的光束合束器件出射光束中經(jīng)反向0 2 π渦旋位相編碼的垂直線偏振光轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光，右旋圓偏振光和左旋圓偏振光兩光束相干合束得到徑向偏振光束，所述的λ/4波片的快軸設(shè)置在所述的平行線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的位置。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述的光路轉(zhuǎn)折器件為一個(gè)或多個(gè)高精度平面反射鏡，其面形精度的均方根值為0. 011 λ，PV值為0. 071 λ。
8.如權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述的高精度平面反射鏡為金屬膜反射鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種產(chǎn)生徑向偏振光束的方法和裝置。本方法中，先將準(zhǔn)直光束偏振分光為光強(qiáng)比為1∶1的平行和垂直線偏振光，并分別變成旋向相反的圓偏振光，對(duì)右旋和左旋圓偏振光分別進(jìn)行起點(diǎn)相同的0～2π渦旋位相編碼和反向0～2π渦旋位相編碼，經(jīng)位相編碼后的兩束光線經(jīng)光路轉(zhuǎn)折后，光束合束得到徑向偏振光束。本裝置包括激光器、偏振分光器、第一λ/4波片、第二λ/4波片、0～2π渦旋位相板、反向0～2π渦旋位相板、光路折轉(zhuǎn)器件和光束合束器件，其中0～2π渦旋位相板和反向0～2π渦旋位相板的相位起始線重合。本發(fā)明方法容易實(shí)現(xiàn)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，制造成本低；裝置穩(wěn)定性好，不需要其他特殊的光學(xué)元件。
文檔編號(hào)G02B27/28GK102289080SQ20111022841
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者劉旭, 匡翠方, 庫(kù)玉龍, 王婷婷, 郝翔, 顧兆泰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)