本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用單個(gè)分光棱鏡和相位圖生成非均勻偏振光束的方法及裝置。

背景技術(shù)：

偏振是光波的一種基本屬性。常見的均勻偏振光束主要包括線偏振、圓偏振、橢圓偏振光束。近年來，作為均勻偏振光束的一個(gè)擴(kuò)展和應(yīng)用，非均勻偏振光束逐漸成為光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。特殊的空間偏振態(tài)分布使其在緊聚焦時(shí)具有極強(qiáng)的縱向分量、超小的光斑尺寸等特點(diǎn)，這在基礎(chǔ)科學(xué)和工程應(yīng)用中，包括激光加工、光學(xué)微操縱、高密度數(shù)據(jù)存儲、超分辨率成像等，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

迄今，非均勻偏振光場的生成方法既可以通過設(shè)計(jì)激光器的諧振腔，使其直接輸出非均勻偏振光束；也可以在激光腔外生成，激光腔外的生成方法主要分為兩大類，即直接法和間接法。直接法指通過設(shè)計(jì)偏振轉(zhuǎn)換元件，利用偏振轉(zhuǎn)換元件將均勻偏振光束直接變?yōu)榉蔷鶆蚱窆馐３Ｒ姷钠褶D(zhuǎn)換元件包括扭曲向列液晶、亞波長光柵、組合的半波片、超表面等。間接法指使經(jīng)過相位和偏振調(diào)制的兩均勻偏振光束同軸疊加生成非均勻偏振光束，也稱干涉法。

采用直接法產(chǎn)生非均勻偏振光束，需要借助特殊工藝加工的光學(xué)元件，光學(xué)元件加工定型之后只能產(chǎn)生特定偏振分布的非均勻偏振光束，降低了靈活性。采用干涉法生成非均勻偏振光束，具有很高的靈活性，可以方便地產(chǎn)生任意非均勻偏振光束?，F(xiàn)有的間接法主要依靠空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)非均勻偏振光束的實(shí)時(shí)可控。然而，空間光調(diào)制器上需要加載計(jì)算全息圖，反(透)射光會產(chǎn)生多個(gè)衍射級次，嚴(yán)重降低了非均勻偏振光束的產(chǎn)生效率。針對間接法產(chǎn)生效率的問題，本發(fā)明提出一種具有更高效率的非均勻偏振光束產(chǎn)生方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于單個(gè)分光棱鏡產(chǎn)生非均勻偏振光束的方法及裝置，所用相位圖可以制成相位板或替代計(jì)算全息圖直接顯示在空間光調(diào)制器上，消除計(jì)算全息圖產(chǎn)生的無關(guān)衍射級次。該方法所用的光學(xué)元器件更少，光束疊加的同軸性調(diào)節(jié)更容易，具有更高的產(chǎn)生效率。

技術(shù)方案

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案，其特征在于包括光源1，半波片2，消偏振分光棱鏡3，分光系統(tǒng)4，四分之一波片9。

所述光源1可以為氦氖激光器，氬離子激光器，半導(dǎo)體激光器及納秒、皮秒、飛秒脈沖激光器等。

所述半波片2的作用是改變激光器輸出光束的偏振方向。

所述消偏振分光棱鏡3的作用是使分光系統(tǒng)4返回的光束與入射光束分離。

所述的分光系統(tǒng)4包括偏振分光棱鏡5，反射鏡6，半波片7和相位圖8：偏振分光棱鏡5的作用是將入射光束分成偏振方向正交的兩束線偏振光束；反射鏡6的作用是改變偏振分光棱鏡5反射光束的方向使其與偏振分光棱鏡5透射光束的方向平行；半波片7的作用是改變光束的偏振方向；相位圖8的作用是給光束加載相位信息。

所述四分之一波片9的作用是使偏振方向正交的兩束線偏振光轉(zhuǎn)化為兩束旋向相反的圓偏振光。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-光源，2-半波片，3-消偏振分光棱鏡，4-分光系統(tǒng)，5-偏振分光棱鏡，6-反射鏡，7-半波片，8-相位圖，9-四分之一波片。

附圖2為本發(fā)明附圖1中分光系統(tǒng)4的一種變形示意圖；圖中，1-分光棱鏡，2，3-偏振片，4-相位圖。

附圖3為相位分布沿角向變化的相位圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，以下實(shí)施例是對本發(fā)明的解釋，是本發(fā)明的一種應(yīng)用形式，本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

本發(fā)明提出產(chǎn)生非均勻偏振光束的方法如圖1所示，光源1發(fā)出的線偏振光束，經(jīng)過半波片2，其偏振方向可以任意改變，進(jìn)入分光系統(tǒng)4，再由偏振分光棱鏡5分成兩束偏振方向正交的線偏振光束：p分量和s分量。p分量直接經(jīng)相位圖8反射，s分量經(jīng)反射鏡6反射后，經(jīng)過半波片7后變成偏振方向與水平方向夾角為45°的線偏振光束，經(jīng)相位圖8反射后再一次經(jīng)過半波片7，變成豎直偏振光束，此時(shí)，p分量和s分量再經(jīng)偏振分光棱鏡5合并，通過消偏振分光棱鏡3反射，經(jīng)四分之一波片9后分別轉(zhuǎn)化為左旋和右旋圓偏振光束，即為本發(fā)明產(chǎn)生的非均勻偏振光束。

實(shí)施例2：

分光系統(tǒng)4也可以由圖2所示光路結(jié)構(gòu)替代，光束進(jìn)入消偏振分光棱鏡1，由分光棱鏡分為透射光束和反射光束，透射光束和反射光束相互平行，透射光束經(jīng)偏振片2變成偏振方向與水平方向夾角為135°的線偏振光束，反射光束經(jīng)過偏振片3變成偏振方向與水平方向夾角為45°的線偏振光束，兩光束經(jīng)相位圖4反射后再經(jīng)消偏振分光棱鏡1合并。

實(shí)施例3：

圖3所示為相位分布沿角向變化的相位圖，入射光束通過分光系統(tǒng)4中的偏振分光棱鏡5和反射鏡6后分成偏振方向正交的兩束平行光，經(jīng)相位圖反射后攜帶相應(yīng)的相位信息。最后，消偏振分光棱鏡3反射后的疊加光束通過四分之一波片9后即轉(zhuǎn)換為局部偏振方向沿角向變化的非均勻偏振光束，其偏振分布可以寫成瓊斯矩陣：[cosδ,sinδ]^t，局部線偏振的偏振方向取決于相位圖的相位分布δ。上面采用的瓊斯矩陣也可以表示任意的非均勻偏振光束。例如相位分布沿徑向變化的相位圖產(chǎn)生的局部偏振方向沿著徑向變化的非均勻偏振光束；相位分布沿徑向和角向同時(shí)變化的相位圖產(chǎn)生的局部偏振方向沿著徑向和角向同時(shí)變化的非均勻偏振光束。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用單個(gè)分光棱鏡和相位圖生成非均勻偏振光束的方法及裝置，其特征在于：在光源的輸出軸上引入一分光系統(tǒng)，消偏振分光棱鏡使分光系統(tǒng)調(diào)制后的返回光后與入射光分離,通過四分之一波片后轉(zhuǎn)化成任意非均勻偏振光束。在分光系統(tǒng)中，引入相位圖替代傳統(tǒng)的計(jì)算全息圖以消除無關(guān)的衍射級次，提高非均勻偏振光束的產(chǎn)生效率。本發(fā)明所提出的裝置，所用光學(xué)元件較少，光路結(jié)構(gòu)的同軸性調(diào)節(jié)簡單，可以方便高效的生成任意偏振分布的非均勻偏振光束。

技術(shù)研發(fā)人員：趙建林;章毅;李鵬;馬超杰;劉圣;韓磊;程華超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.30
技術(shù)公布日：2017.08.18