專利名稱:可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光束整形,特別是一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng)。主要用于光存儲(chǔ)系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、平版印刷術(shù),相位移動(dòng)、激光加工、光鑷子技術(shù)、超分辨度量等領(lǐng)域。
背景技術(shù):
光束整形技術(shù)在許多光學(xué)系統(tǒng)中具有極為重要的作用,例如光存儲(chǔ)系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、平版印刷術(shù),相位移動(dòng)、激光加工、光鑷子技術(shù)等領(lǐng)域。這里的光束整形是廣義的,包括調(diào)節(jié)光束的相位和偏振態(tài)。近幾年來(lái),對(duì)于偏振態(tài)為圓柱對(duì)稱性的光束具有某些獨(dú)特的性質(zhì),引起了人們的很大興趣。這些所謂的圓柱矢量光束可以通過(guò)主動(dòng)和被動(dòng)方法得到。更一般形式的圓柱矢量光束,可以利用空間變化的液晶單元由入射光調(diào)制而成。也可以利用兩個(gè)二分之一波片將入射的圓柱對(duì)稱的徑向或弧失方向的偏振光束轉(zhuǎn)化為一般形式的圓柱矢量光束,參閱Q.Zhan and J.R.Leger,“Focus shaping using cylindrical vector beams,”O(jiān)ptics Express,10,2002,p324-330。盡管此種方法具有一定的優(yōu)點(diǎn),但是仍然存在一些不足1)此種光束整形系統(tǒng)只能調(diào)節(jié)光束的偏振分布,不能調(diào)節(jié)光束的相位;2)由于是依靠調(diào)節(jié)兩個(gè)二分之一波片的夾角來(lái)實(shí)現(xiàn)光束整形,自由度少;3)不能在光束截面上實(shí)現(xiàn)分區(qū)調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于克服了上述在先技術(shù)的不足,提供一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),它可以調(diào)節(jié)入射光的偏振態(tài),又可調(diào)節(jié)相位;并且具有光束截面可以分區(qū)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),利用分光鏡、調(diào)制反射鏡和二分之一波片將可調(diào)節(jié)的光相位和偏振態(tài)引入光路中。調(diào)制反射鏡的反射面由多個(gè)軸向可以移動(dòng)的反射器反射面和四分之一波片復(fù)合構(gòu)成。入射光為矢量光,透過(guò)分光鏡后,由復(fù)合反射面反射,對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制。反射光被分光鏡反射再經(jīng)過(guò)二分之一波片射出,二分之一波片和四分之一波片的長(zhǎng)軸夾角的改變可以調(diào)節(jié)出射光的偏振性質(zhì)。所以,改變反射部件反射面軸向位置以及轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合反射鏡,可以調(diào)節(jié)出射矢量光束的偏振態(tài)和光相位,達(dá)到光束整形目的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于沿一光軸置有分光鏡和調(diào)制反射鏡,該分光鏡與光軸成45°,置于該分光鏡的調(diào)制光出射光路上有一二分之一波片,該調(diào)制反射鏡的反射面與光軸垂直,二分之一波片與該分光鏡的出射光的傳播方向垂直,調(diào)制反射鏡的反射面由內(nèi)反射器和外反射器的復(fù)合反射面組成,該內(nèi)反射器和外反射器之間為活動(dòng)連接,所述的復(fù)合反射面由內(nèi)反射器粘貼的內(nèi)四分之一波片的反射面和外反射器所粘貼的外四分之一波片的反射面復(fù)合構(gòu)成,所述的內(nèi)反射器通過(guò)連桿與內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器相連,所述的外反射器通過(guò)連桿與外旋轉(zhuǎn)位移控制器相連。
所述的內(nèi)反射器的反射面和內(nèi)四分之一波片的形狀相同,所述的外反射器的反射面和外四分之一波片的形狀相同。
所述的復(fù)合反射面為同心的圓環(huán)、或同心的矩形環(huán),或同心的其它形狀。
所述的調(diào)制反射鏡由兩個(gè)以上的反射器組成,每個(gè)反射器具有轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)的機(jī)構(gòu),并且反射器的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移為手動(dòng)調(diào)節(jié),或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、或PZT自動(dòng)位移控制器控制。
所述的二分之一波片連有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器。
所述的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),在具體實(shí)施時(shí),可以將旋轉(zhuǎn)器與二分之一波片相連。通過(guò)旋轉(zhuǎn)器帶動(dòng)二分之一波片旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)光束的偏振態(tài)的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng)在使用時(shí),入射的矢量偏振光束經(jīng)過(guò)分光鏡的透射光束,被調(diào)制反射鏡的復(fù)合反射面反射,反射光束再經(jīng)過(guò)分光鏡,被二次反射,經(jīng)過(guò)二分之一波片射出。各反射器的復(fù)合反射面的軸向位置改變可以調(diào)節(jié)出射光的相位。旋轉(zhuǎn)復(fù)合反射面,改變四分之一波片與二分之一波片長(zhǎng)軸之間的夾角,可以調(diào)節(jié)出射光的偏振性質(zhì)。在本系統(tǒng)中,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器通過(guò)內(nèi)連桿帶動(dòng)內(nèi)反射器轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng),可以調(diào)節(jié)光束內(nèi)部區(qū)域的相位和偏振性質(zhì)。外旋轉(zhuǎn)位移控制器通過(guò)外連桿帶動(dòng)外反射器轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng),可以調(diào)節(jié)光束外部環(huán)形區(qū)域的相位和偏振性質(zhì)。實(shí)現(xiàn)光束整形目的。
與在先技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)此種光束整形系統(tǒng)既可以調(diào)節(jié)光束的偏振分布,由可以調(diào)節(jié)光束的相位;2)可調(diào)節(jié)的自由度多,能在光束截面上實(shí)現(xiàn)分區(qū)調(diào)節(jié);3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,可以方便地加入到現(xiàn)有的其它光學(xué)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)光強(qiáng)分布調(diào)節(jié)。
4)可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)光強(qiáng)分布的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
圖1為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例示意圖。
圖2(左)為本發(fā)明具體實(shí)施例中的反射器反射面示意圖,(右)為與反射器反射面向復(fù)合的四分之一波片示意圖。
圖3為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例可以得到的圓柱偏振光束示意圖。
具體實(shí)施例方式
先請(qǐng)參閱圖1,圖1為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例示意圖。由圖可見,本發(fā)明可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其構(gòu)成是沿一光軸置有分光鏡1和調(diào)制反射鏡3,該分光鏡1與光軸成45°,置于該分光鏡1的調(diào)制光出射光路上有一二分之一波片2,該調(diào)制反射鏡3的反射面與光軸垂直,二分之一波片2與由該分光鏡1的出射光的傳播方向垂直,調(diào)制反射鏡3的反射面由內(nèi)反射器302和外反射器301的復(fù)合反射面組成,該內(nèi)反射器302和外反射器301之間為活動(dòng)連接,所述的復(fù)合反射面由內(nèi)反射器302粘貼的內(nèi)四分之一波片308的反射面和外反射器301所粘貼的外四分之一波片307的反射面復(fù)合構(gòu)成,所述的內(nèi)反射器302通過(guò)連桿303與內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器304相連,所述的外反射器301通過(guò)連桿305與外旋轉(zhuǎn)位移控制器306相連。所述的內(nèi)反射器302的反射面和內(nèi)四分之一波片308的形狀相同,所述的外反射器301的反射面和外四分之一波片307的形狀相同,如圖2所示。
所述的復(fù)合反射面為同心的圓環(huán),如圖2左所示。所述的調(diào)制反射鏡也可由兩個(gè)以上的反射器組成,每個(gè)反射器具有轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)的機(jī)構(gòu),并且反射器的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移為手動(dòng)調(diào)節(jié),或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、或PZT自動(dòng)位移控制器控制。
所述的二分之一波片2連有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器。
圖2左為本發(fā)明具體實(shí)施例中的反射器反射面示意圖。復(fù)合反射面由內(nèi)反射器302和外反射器301的反射面分別和內(nèi)四分之一波片308和外四分之一波片307復(fù)合構(gòu)成。圖2右為與反射器反射面向復(fù)合的四分之一波片示意圖。系統(tǒng)還包括通過(guò)連桿303與內(nèi)反射器302相連的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器304,和通過(guò)連桿305與內(nèi)反射器306相連的外旋轉(zhuǎn)位移控制器306。
在本實(shí)施例中,選擇波長(zhǎng)為406nm的激光作為入射光束;分光鏡1采用分光棱鏡;內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器304采用旋轉(zhuǎn)電機(jī);外旋轉(zhuǎn)位移控制器306采用可控壓電陶瓷掃描器。
本發(fā)明光束整形過(guò)程為入射的矢量偏振光束經(jīng)過(guò)分光鏡1的透射光束,被調(diào)制反射鏡3的復(fù)合反射面反射,反射光束再經(jīng)過(guò)分光鏡1,被二次反射,經(jīng)過(guò)二分之一波片3射出。各反射器的復(fù)合反射面的軸向位置改變可以調(diào)節(jié)出射光的相位。旋轉(zhuǎn)復(fù)合反射面,改變四分之一波片與二分之一波片長(zhǎng)軸之間的夾角,可以調(diào)節(jié)出射光的偏振性質(zhì)。在本系統(tǒng)中,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器304通過(guò)內(nèi)連桿303帶動(dòng)內(nèi)反射器302轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng),可以調(diào)節(jié)光束內(nèi)部區(qū)域的相位和偏振性質(zhì)。外旋轉(zhuǎn)位移控制器306通過(guò)外連桿305帶動(dòng)外反射器301轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng),可以調(diào)節(jié)光束外部環(huán)形區(qū)域的相位和偏振性質(zhì)。
利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)光束的整形,可調(diào)節(jié)的自由度多,調(diào)節(jié)方便,能在光束截面上實(shí)現(xiàn)分區(qū)調(diào)節(jié),并且可以方便地加入現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)中(例如激光加工的光路中)。圖3為本實(shí)施例可以調(diào)節(jié)出來(lái)的圓柱偏振光束。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于沿一光軸置有分光鏡(1)和調(diào)制反射鏡(3),該分光鏡(1)與光軸成45°,置于該分光鏡(1)的調(diào)制光出射光路上有一二分之一波片(2),該調(diào)制反射鏡(3)的反射面與光軸垂直,二分之一波片(2)與該分光鏡(1)的出射光的傳播方向垂直,調(diào)制反射鏡(3)的反射面由內(nèi)反射器(302)和外反射器(301)的復(fù)合反射面組成,該內(nèi)反射器(302)和外反射器(301)之間為活動(dòng)連接,所述的復(fù)合反射面由內(nèi)反射器(302)粘貼的內(nèi)四分之一波片(308)的反射面和外反射器(301)所粘貼的外四分之一波片(307)的反射面復(fù)合構(gòu)成,所述的內(nèi)反射器(302)通過(guò)連桿(303)與內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器(304)相連,所述的外反射器(301)通過(guò)連桿(305)與外旋轉(zhuǎn)位移控制器(306)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于所述的內(nèi)反射器(302)的反射面和內(nèi)四分之一波片(308)的形狀相同,所述的外反射器(301)的反射面和外四分之一波片(307)的形狀相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于所述的復(fù)合反射面為同心的圓環(huán)、或同心的矩形環(huán),或同心的其它形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于所述的調(diào)制反射鏡(3)由兩個(gè)以上的反射器組成,每個(gè)反射器具有轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)的機(jī)構(gòu),并且反射器的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移為手動(dòng)調(diào)節(jié),或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、或PZT自動(dòng)位移控制器控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其特征在于所述的二分之一波片(2)連有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器。
全文摘要
一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)是沿一光軸置有分光鏡和調(diào)制反射鏡,該分光鏡與光軸成45°,置于該分光鏡的調(diào)制光出射光路上有一二分之一波片,該調(diào)制反射鏡的反射面與光軸垂直,二分之一波片與該分光鏡的出射光的傳播方向垂直,調(diào)制反射鏡的反射面由內(nèi)反射器和外反射器的復(fù)合反射面組成,該內(nèi)反射器和外反射器之間為活動(dòng)連接,所述的復(fù)合反射面由內(nèi)反射器粘貼的內(nèi)四分之一波片的反射面和外反射器所粘貼的外四分之一波片的反射面復(fù)合構(gòu)成,所述的內(nèi)反射器通過(guò)連桿與內(nèi)旋轉(zhuǎn)位移控制器相連,所述的外反射器通過(guò)連桿與外旋轉(zhuǎn)位移控制器相連。本發(fā)明既可調(diào)節(jié)光束的偏振分布,又可以調(diào)節(jié)光束的相位;能在光束截面上實(shí)現(xiàn)分區(qū)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B27/10GK1588169SQ20041005291
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者高秀敏, 徐文東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所