專利名稱：圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線偏振光的合成，特別是涉及一種通過對(duì)兩束橢圓偏振光的干涉， 從而在干涉視場(chǎng)中得到線偏振光的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置。.
背景技術(shù)：
直線偏振光通過旋光物質(zhì)的時(shí)候，會(huì)發(fā)生旋光的現(xiàn)象，使原直線偏振光的振動(dòng)面發(fā) 生旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因必須從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)上去解釋，但是菲涅耳根據(jù)振動(dòng)中的一 個(gè)原理，即任何一個(gè)直線簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以看作是兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的同頻率的圓周運(yùn)動(dòng)的 組合，認(rèn)為沿晶體光軸方向傳播的直線偏振光也可看作是由兩個(gè)同頻率，旋向相反的 圓偏振光組成，在旋光物質(zhì)中，這兩個(gè)圓偏振光有不同的傳播速度，從而導(dǎo)致了旋光現(xiàn) 象的產(chǎn)生。
要使兩束旋向不同的圓偏振光可以合成為i方向的直線偏振光，必須使這兩束旋向
相反的圓偏振光的j方向(與i方向垂直)的分量相消，而兩束光相消的情況只有滿足
干涉條件的時(shí)候才能夠達(dá)到，因此，可以合成線偏振光的條件就是光的干涉條件。
圓偏振光可以認(rèn)為是一束i方向的線偏振光與一束j方向的線偏振光的合成，我們 知道，兩束光必須有同一方向上的分量，才可能會(huì)合成(干涉)，即兩束圓偏振光合成 (干涉)時(shí)，只要分別單獨(dú)考慮i方向以及j方向上的合成即可。
在實(shí)驗(yàn)中，由于光在反射、透射后會(huì)發(fā)生偏振態(tài)的改變，因此，很難獲得標(biāo)準(zhǔn)的圓
偏振光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過對(duì)兩束橢圓偏振光的干涉，從而在干 涉視場(chǎng)中得到線偏振光的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，包 括有激光器，在激光發(fā)生器發(fā)出的直線光路上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片、1/4 波片以及第一半透半反透鏡；在經(jīng)第一半透半反透鏡透射的第一透射光路上設(shè)置有第一 反射鏡，在經(jīng)第一半透半反透鏡反射的第一反射光路上設(shè)置有第二反射鏡；在經(jīng)第一反 射鏡反射的第二反射光路上由上至下依次設(shè)置有1/2波片和第二半透半反透鏡，所述的 第一反射光路經(jīng)第二反射鏡反射形成第三反射光路；所述的第二反射光路經(jīng)波片后被第 二半透半反透鏡反射，所述的第三反射光路被第二半透半反透鏡透射，所述的經(jīng)第二半
透半反透鏡的透射光路和反射光路重合為光路，并在重合的光路上由左至右依次設(shè)置有 擴(kuò)束鏡和第二偏振片。所述的第一半透半反透鏡和第二半透半反透鏡均為5: 5的半透半反透鏡。 所述的第一反射鏡和第二反射鏡均為平面反射鏡。
所述的第一透射光路、第二反射光路的總光程與第一反射光路、第三反射光路的總 光程相等，且第一透射光路、第二反射光路、第一反射光路及第三反射光路的光路嚴(yán)格 共面。
所述的第一半透半反透鏡、第二反射鏡及第一反射鏡三者平行設(shè)置。
所述的第二半透半反透鏡設(shè)置在第二反射光路和第三反射光路的交點(diǎn)上。
所述的第一半透半反透鏡和第二半透半反透鏡的鍍膜方向相反。
本發(fā)明的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，不需 圓偏振光也可以合成線偏振光，即，通過對(duì)于兩束橢圓偏振光的干涉，從而在干涉視場(chǎng) 中得到線偏振光。本發(fā)明的裝置具有很好的物理應(yīng)用性。本發(fā)明的裝置在光學(xué)微操作以 及光和物質(zhì)的相互作用(非線性光學(xué))以及光子晶體方面都有一定的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是兩束旋向相反的圓偏振光的分解為相互垂直的兩個(gè)分量的示意圖； 圖3是橢圓方程示意圖。
其中
1:第一偏振片
3:第一半透半反透鏡
5:第二半透半反透鏡
7: 1/2波片
9:第二偏振片
2: 1/4波片 4:第二反射鏡 6:第一反射鏡 8:擴(kuò)束鏡 10:激光發(fā)生器
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的。 如圖1所示，本發(fā)明的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，包括有激光器 10,在激光發(fā)生器10發(fā)出的直線光路L上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片1、 1/4波 片2以及第一半透半反透鏡3;在經(jīng)第一半透半反透鏡3透射的第一透射光路Ll上設(shè)置 有第--反射鏡6，在經(jīng)第一半透半反透鏡3反射的第一反射光路L2上設(shè)置有第二反射鏡 4;在經(jīng)第一反射鏡6反射的第二反射光路L3上由上至下依次設(shè)置有1/2波片7和第二 半透半反透鏡5，所述的第一反射光路L2經(jīng)第二反射鏡4反射形成第三反射光路L4;所 述的第二反射光路L3經(jīng)波片7后被第二半透半反透鏡5反射，所述的第三反射光路L4 被第二半透半反透鏡5透射，所述的經(jīng)第二半透半反透鏡5的透射光路和反射光路重合 為光路L'，并在重合的光路L'上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡8和第二偏振片9。在上述的結(jié)構(gòu)中要保證
所述的第一半透半反透鏡3和第二半透半反透鏡5均為5: 5的半透半反透鏡，且第
一半透半反透鏡3和第二半透半反透鏡5的鍍膜方向相反。
所述的第一反射鏡6和第二反射鏡4均為平面反射鏡；所述的第一透射光路L1、第 二反射光路L3的總光程與第一反射光路L2、第三反射光路L4的總光程相等，且第一透 射光路L1、第二反射光路L3、第一反射光路L2及第三反射光路L4的光路嚴(yán)格共面。
所述的第一半透半反透鏡3、第二反射鏡4及第一反射鏡6三者平行設(shè)置。所述的第 二半透半反透鏡5設(shè)置在第二反射光路L3和第三反射光路L4的交點(diǎn)上。
激光由激光發(fā)生器10產(chǎn)生后，經(jīng)過第一偏振片l和l/4波片2，形成圓偏振光，該 圓偏振光在第一半透半反透鏡3處分為兩束， 一束通過第二反射鏡4到達(dá)第二半透半反 透鏡5，另一束通過第一反射鏡6和1/2波片7，到達(dá)第二半透半反透鏡5,并且在1/2 波片7處改變?cè)械娜∠蚝托?，由于光在?jīng)過折射與反射之后，偏振態(tài)會(huì)發(fā)生改變， 此時(shí)這兩束光均為橢圓偏振光。兩束光進(jìn)入擴(kuò)束鏡8擴(kuò)束，在視場(chǎng)中互相干涉。
如圖2所示，在與光波傳播方向垂直的平面內(nèi)，光矢量的任意一個(gè)振動(dòng)狀態(tài)都可以 表示為兩個(gè)互相垂直的振動(dòng)狀態(tài)的線性組合，艮P: 五=五,+五乂
E,、 Ej分別為在選定的i、 j方向兩個(gè)直線偏振波的振動(dòng)分量，它們分別由以下表示式表 示
A-^cos(欲-e) (e為兩波之間的相位差)
當(dāng)一束橢圓偏振光透過一個(gè)半波片時(shí)，通過半波片后振動(dòng)方向平行于半波片快軸方 向的分量超前了一個(gè)相位T 。將橢圓偏振光分解為垂直于半波片快軸方向的分量
五!j =4咖紐 以及垂直于半波片快軸方向的分量
通過半波片后，垂直于半波片快軸方向分量的光相位不變
五力=4咖奴
而平行于半波片快軸方向分量的光變?yōu)?br> 五".=j乂咖(奴-ff -
因此，半波片將原橢圓偏振光的橢圓取向繞快軸反轉(zhuǎn)，并使旋向發(fā)生改變.
同兩束旋向相反的圓偏振光干涉一樣，兩束旋向相反的橢圓偏振光發(fā)生干涉時(shí)，i， j方向相互之間不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，只要單獨(dú)考慮這兩個(gè)方向上的干涉即可。
先考慮i方向早,.=4 cos otf = 4e'."
,'+五2,)-(s+五;)〉
2《
=4々咖2 — 凸 2
所以有&'亮=7", ^.瞎-7(2"1)5。最亮處的光強(qiáng)為4々 再考慮j方向
五U = A COS(fltf - S) = j/("-c)
五2乂 = 4 cos(紐一￡ +《一 ;r)='+")
五J =五"+五2乂，
/=<五廠五;> =〈(五"+五")化>&》
=々2+ ('-"' =242[1+咖(《_力]
乂 2
因此有^"=7 +S， ^^-孑。最強(qiáng)光強(qiáng)為44。
由此可看出，X,.w-Xm Xi,w-Xj,w，即i， j方向產(chǎn)生的干涉條紋的亮暗條紋的
x = 4(2" 1)4 jc"" 位置互補(bǔ)，在^ 2處，是j方向的線偏振光，而在d 處，是i方向的線
偏振光，但是由于i方向產(chǎn)生干涉條紋的最亮處的光強(qiáng)為4々，j方向產(chǎn)生干涉條紋的最
亮處的光強(qiáng)為44, 4*4，故不加第二偏振片(9)仍可看到干涉條紋，只是不會(huì)出現(xiàn)光強(qiáng)完全為零的位置，只有當(dāng)4=4時(shí)，才可以在不加第二偏振片9的時(shí)候看到均勻的 光斑，加上第二偏振片9后才能看到干涉條紋。
如上所述，橢圓偏振光可以分解為垂直于半波片快軸方向的分量
和平行于半波片快軸方向的<formula>formula see original document page 7</formula>
現(xiàn)在來求E矢量端點(diǎn)在i， j平面上投影的軌跡方程。 將Ej的方程展開
<formula>formula see original document page 7</formula>
如圖3所示，這是一個(gè)以半波片快軸方向?yàn)閖方向，以垂直于快軸的方向?yàn)閕方向 的坐標(biāo)系下的橢圓方程。
其主軸與i-j坐標(biāo)系構(gòu)成一角"，根據(jù)橢圓公式，
<formula>formula see original document page 7</formula>
由此公式，我們可以看出，若要達(dá)到4=4,則tan2a-oc。即"—7,而半波片快軸方
向與橢圓主軸方向的夾角為
、-"、
〔I J 。也就是說，要想達(dá)到4=4，則半波片快軸方向與 橢圓主軸方向的夾角必須為45°。此時(shí)，i， j方向的干涉條紋亮暗互補(bǔ)，現(xiàn)象與兩旋向相 反的圓偏振光合成一樣，視場(chǎng)中是一片均勻光斑，只有加上第二偏振片9后，才能重現(xiàn) 清晰的干涉條紋。
權(quán)利要求
1.一種圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，包括有激光器(10)，其特征在于，在激光發(fā)生器(10)發(fā)出的直線光路(L)上，由左至右依次設(shè)置有第一偏振片(1)、1/4波片(2)以及第一半透半反透鏡(3)；在經(jīng)第一半透半反透鏡(3)透射的第一透射光路(L1)上設(shè)置有第一反射鏡(6)，在經(jīng)第一半透半反透鏡(3)反射的第一反射光路(L2)上設(shè)置有第二反射鏡(4)；在經(jīng)第一反射鏡(6)反射的第二反射光路(L3)上由上至下依次設(shè)置有1/2波片(7)和第二半透半反透鏡(5)，所述的第一反射光路(L2)經(jīng)第二反射鏡(4)反射形成第三反射光路(L4)；所述的第二反射光路(L3)經(jīng)波片(7)后被第二半透半反透鏡(5)反射，所述的第三反射光路(L4)被第二半透半反透鏡(5)透射，所述的經(jīng)第二半透半反透鏡(5)的透射光路和反射光路重合為光路(L′)，并在重合的光路(L′)上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡(8)和第二偏振片(9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，其特征在于， 所述的第一半透半反透鏡(3)和第二半透半反透鏡(5)均為5: 5的半透半反透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，其特征在于， 所述的第一反射鏡(6)和第二反射鏡(4)均為平面反射鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，其特征在于， 所述的第一透射光路(Ll)、第二反射光路(L3)的總光程與第一反射光路(L2)、第 三反射光路(L4)的總光程相等，且第一透射光路(Ll)、第二反射光路(L3)、第一 反射光路(L2)及第三反射光路(L4)的光路嚴(yán)格共面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，其特征在于， 所述的第一半透半反透鏡(3)、第二反射鏡(4)及第一反射鏡(6)三者平行設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，其特征在于， 所述的第二半透半反透鏡(5)設(shè)置在第二反射光路(L3)和第三反射光路(L4)的交點(diǎn) 上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置,其特征在于， 所述的第一半透半反透鏡(3)和第二半透半反透鏡(5)的鍍膜方向相反。
全文摘要
一種圓偏振光合成線偏振光形成矢量光束的裝置，在激光發(fā)生器發(fā)出的直線光路上，依次設(shè)置有第一偏振片、1/4波片以及第一半透半反透鏡；經(jīng)第一半透半反透鏡透射的第一透射光路上設(shè)置有第一反射鏡，經(jīng)第一半透半反透鏡反射的第一反射光路上設(shè)置有第二反射鏡；經(jīng)第一反射鏡反射的第二反射光路上依次設(shè)置有1/2波片和第二半透半反透鏡，第一反射光路經(jīng)第二反射鏡反射形成第三反射光路；第二反射光路經(jīng)波片后被第二半透半反透鏡反射，第三反射光路被第二半透半反透鏡透射，經(jīng)第二半透半反透鏡的透射光路和反射光路重合為光路，并在重合的光路上由左至右依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡和第二偏振片。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，通過對(duì)于兩束橢圓偏振光的干涉，就可在干涉視場(chǎng)中得到線偏振光。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101320134SQ20081005353
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者劉耕遠(yuǎn), 李瑾鋮 申請(qǐng)人:劉耕遠(yuǎn);李瑾鋮