專利名稱：一種光束整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光束整形裝置，特別是一種 矢量圓環(huán)形光束整形裝置。 技術(shù)背景
矢量光束由于具有特殊的光束聚焦性質(zhì)和傳播特性可應(yīng)用到光信息 存儲(chǔ)、光學(xué)顯微、平版印刷術(shù)，激光加工、光學(xué)微操縱、超分辨、光與物 質(zhì)相互作用等光學(xué)系統(tǒng)。例如，旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束可應(yīng)用于光學(xué)顯微系統(tǒng) 中實(shí)現(xiàn)超分辨效應(yīng)，因?yàn)橐欢ǖ男D(zhuǎn)矢量偏振光束經(jīng)過(guò)聚焦后焦點(diǎn)比同一 聚焦系統(tǒng)中線偏振光束聚焦的焦點(diǎn)的橫向光斑小。矢量光束的產(chǎn)生是研究 和利用旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束的必備前提條件，引起了廣泛關(guān)注。在先技術(shù)中， 有一種可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng)(參見中國(guó)發(fā)明專利"可調(diào)式矢量光束整
形系統(tǒng)"，專利號(hào)ZL200410052913.4)，該可調(diào)式矢量光束整形系統(tǒng)具有 相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些本質(zhì)不足，主要為1)如果利用在先技術(shù) 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束，所需要必備的條件是系統(tǒng)入射光束需要為旋轉(zhuǎn)矢 量偏振光束的特殊形式，比如徑向偏振光束或方位角偏振光束，然而，徑 向偏振光束和方位角偏振光束的產(chǎn)生也屬于旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束產(chǎn)生范疇， 其本質(zhì)決定無(wú)法實(shí)現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束，本質(zhì) 上決定無(wú)法實(shí)現(xiàn)非相干入射光束向旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束的轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)入射 光束要求高；2)無(wú)法實(shí)現(xiàn)出射光束與入射光束相對(duì)的光束橫向擴(kuò)束效應(yīng)， 無(wú)法調(diào)節(jié)出射光束外形尺寸，限制了應(yīng)用范圍；3)無(wú)法實(shí)現(xiàn)圓環(huán)光形矢 量光束，對(duì)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中聚焦物鏡的高數(shù)值孔徑區(qū)域使用效率低。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種矢量圓環(huán)形光 束整形裝置，具有可實(shí)現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束向旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束的轉(zhuǎn) 化、入射光束要求低、圓環(huán)形矢量光束輸出、光束偏振態(tài)可調(diào)節(jié)、出射光 束橫向尺寸調(diào)節(jié)便利等特點(diǎn)。本實(shí)用新型包括同軸設(shè)置的內(nèi)反射式錐面反射鏡、外反射式圓錐面反 射鏡、圓柱筒形偏振器和擴(kuò)束鏡；內(nèi)反射式圓錐面反射鏡為圓環(huán)形，其內(nèi) 側(cè)壁為反射面，反射角為45度；外反射式圓錐面反射鏡為圓錐形，其外 側(cè)壁為反射面，反射角為45度；圓柱筒形偏振器設(shè)置在內(nèi)反射式圓錐面 反射鏡的中心孔內(nèi)，其筒壁為偏振工作面；外反射式圓錐面反射鏡設(shè)置在
圓柱筒形偏振器內(nèi)，其反射面與內(nèi)反射式圓錐面反射鏡的反射面位置對(duì)
應(yīng);外反射式圓錐面反射鏡的底面后與底面平行依次設(shè)置有入射二分之一 波片、出射二分之一波片和擴(kuò)束鏡，入射二分之一波片或出射二分之一波 片的中心設(shè)置有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件。
所述的外反射式圓錐面反射鏡為外圓錐曲面鍍反射膜的外圓錐面反 射鏡，或反射膜構(gòu)成的圓錐曲面外反射式反射鏡。
所述的內(nèi)反射式圓錐面反射鏡為內(nèi)圓錐曲面鍍反射膜的內(nèi)圓錐面反 射鏡，或反射膜構(gòu)成的圓錐曲面內(nèi)反射式反射鏡。
所述的圓柱筒形偏振器為圓柱筒形偏振膜或圓柱曲面殼式偏振元件。 所述的擴(kuò)束鏡為伽利略型擴(kuò)束鏡或開普勒型擴(kuò)束鏡。
所述的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件為轉(zhuǎn)動(dòng)式運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)式直流電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪機(jī)構(gòu)的一種。
本實(shí)用新型中入射光束沿光軸射向外反射式圓錐面反射鏡，被外反射 式圓錐面反射鏡反射后，由于外反射式圓錐面反射鏡反射錐面與對(duì)稱光軸 成45度夾角，光束轉(zhuǎn)化為徑向傳播光束；徑向傳播光束經(jīng)過(guò)圓柱筒形偏 振器后光束偏振態(tài)發(fā)生改變，而后經(jīng)過(guò)內(nèi)反射式錐面反射鏡反射形成矢量 圓環(huán)形光束，由于外反射式圓錐面反射鏡的反射錐面和內(nèi)反射式圓錐面反 射鏡的反射錐面平行，矢量圓環(huán)形光束與對(duì)稱光軸平行，沿對(duì)稱光軸傳播 依次經(jīng)過(guò)入射二分之一波片、出射二分之一波片和擴(kuò)束鏡形成裝置出射的 矢量圓環(huán)形光束。旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件與入射二分之一波片或出射二分之一波片 連接，帶動(dòng)其中一個(gè)二分之一波片轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)入射二分之一波片和出射二 分之一波片的波片光軸夾角，進(jìn)而調(diào)節(jié)矢量圓環(huán)形光束偏振態(tài)，擴(kuò)束鏡對(duì) 矢量圓環(huán)形光束進(jìn)行橫向尺寸調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型在本質(zhì)上可以實(shí)現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束向矢量圓環(huán)形光束的轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)對(duì)入射光束的偏振態(tài)無(wú)限制，對(duì)入射光束要求低，系統(tǒng)應(yīng) 用范圍廣；可以實(shí)現(xiàn)矢量圓環(huán)形光束輸出，使用便利，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn) 定性和可靠性高;可以調(diào)節(jié)矢量圓環(huán)形光束的偏振態(tài)分布和出射光束橫向
尺寸，調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單便利。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1， 一種矢量圓環(huán)形光束整形裝置包括同軸設(shè)置的內(nèi)反射式錐面
反射鏡3、外反射式圓錐面反射鏡l、圓柱筒形偏振器2和擴(kuò)束鏡6。內(nèi) 反射式圓錐面反射鏡3為圓環(huán)形，其內(nèi)側(cè)壁為反射面，反射角為45度(反 射面與垂直對(duì)稱軸的平面之間夾角a為45度)；外反射式圓錐面反射鏡1 為圓錐形，其外側(cè)壁為反射面，反射角為45度(反射面與垂直對(duì)稱軸的 平面之間夾角/3為45度)。圓柱筒形偏振器2設(shè)置在內(nèi)反射式圓錐面反 射鏡3的中心孔內(nèi)，其筒壁為偏振工作面，外反射式圓錐面反射鏡1設(shè)置 在圓柱筒形偏振器2內(nèi)。外反射式圓錐面反射鏡1的底面后依次平行設(shè)置 有入射二分之一波片4、出射二分之一波片5和擴(kuò)束鏡6。外反射式圓錐 面反射鏡1的反射錐面與內(nèi)反射式圓錐面反射鏡3的反射錐面平行，且外 反射式圓錐面反射鏡1的反射錐面和內(nèi)反射式圓錐面反射鏡3的反射錐面 均與對(duì)稱光軸0A成45度夾角。入射光束被外反射式圓錐面反射鏡1反 射，形成的徑向傳播光束，圓柱筒形偏振器2的圓柱曲面與徑向傳播光束 垂直；徑向傳播光束經(jīng)過(guò)圓柱筒形偏振器2后被內(nèi)反射式圓錐面反射鏡3 反射形成矢量圓環(huán)形光束，入射二分之一波片4和出射二分之一波片5 與對(duì)稱光軸OA垂直，并且依次位于矢量圓環(huán)形光束傳播光路上；旋轉(zhuǎn)移 動(dòng)部件7與出射二分之一波片5相連接，帶動(dòng)出射二分之一波片5轉(zhuǎn)動(dòng)， 調(diào)節(jié)入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的波片光軸夾角。
外反射式圓錐面反射鏡1為反射膜構(gòu)成的圓錐曲面外反射式反射鏡， 內(nèi)反射式圓錐面反射鏡3為反射膜構(gòu)成的圓錐曲面內(nèi)反射式反射鏡，圓柱 筒形偏振器2為圓柱筒形偏振膜,旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件7為轉(zhuǎn)動(dòng)式運(yùn)動(dòng)歩進(jìn)電機(jī)， 擴(kuò)束鏡6為伽利略型擴(kuò)束鏡。
5其工作過(guò)程為入射光束沿對(duì)稱光軸OA射向外反射式圓錐面反射鏡 1;被外反射式圓錐面反射鏡l反射后，由于外反射式圓錐面反射鏡1反 射錐面與對(duì)稱光軸0A成45度夾角，光束轉(zhuǎn)化為徑向傳播光束；徑向傳
播光束經(jīng)過(guò)圓柱筒形偏振器2后光束偏振態(tài)發(fā)生改變，而后經(jīng)過(guò)內(nèi)反射式 錐面反射鏡3反射形成矢量圓環(huán)形光束，由于外反射式圓錐面反射鏡1 的反射錐面和內(nèi)反射式圓錐面反射鏡3的反射錐面平行，矢量圓環(huán)形光束 與對(duì)稱光軸OA平行，沿對(duì)稱光軸OA傳播依次經(jīng)過(guò)入射二分之一波片4、 出射二分之一波片5和擴(kuò)束鏡6形成裝置出射的矢量圓環(huán)形光束;旋轉(zhuǎn)移 動(dòng)部件7與出射二分之一波片5連接，帶動(dòng)出射二分之一波片5轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào) 節(jié)入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的波片光軸夾角，進(jìn)而調(diào)節(jié) 矢量圓環(huán)形光束偏振態(tài)，擴(kuò)束鏡6對(duì)矢量圓環(huán)形光束進(jìn)行橫向尺寸調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1、一種光束整形裝置，包括同軸設(shè)置的內(nèi)反射式錐面反射鏡、外反射式圓錐面反射鏡、圓柱筒形偏振器和擴(kuò)束鏡，其特征在于內(nèi)反射式圓錐面反射鏡為圓環(huán)形，其內(nèi)側(cè)壁為反射面，反射角為45度；外反射式圓錐面反射鏡為圓錐形，其外側(cè)壁為反射面，反射角為45度；圓柱筒形偏振器設(shè)置在內(nèi)反射式圓錐面反射鏡的中心孔內(nèi)，其筒壁為偏振工作面；外反射式圓錐面反射鏡設(shè)置在圓柱筒形偏振器內(nèi)，其反射面與內(nèi)反射式圓錐面反射鏡的反射面位置對(duì)應(yīng)；外反射式圓錐面反射鏡的底面后與底面平行依次設(shè)置有入射二分之一波片、出射二分之一波片和擴(kuò)束鏡，入射二分之一波片或出射二分之一波片的中心設(shè)置有旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種光束整形裝置，其特征在于所述的外 反射式圓錐面反射鏡為外圓錐曲面鍍反射膜的外圓錐面反射鏡，或反射膜 構(gòu)成的圓錐曲面外反射式反射鏡。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種光束整形裝置，其特征在于所述的內(nèi) 反射式圓錐面反射鏡為內(nèi)圓錐曲面鍍反射膜的內(nèi)圓錐面反射鏡，或反射膜 構(gòu)成的圓錐曲面內(nèi)反射式反射鏡。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種光束整形裝置，其特征在于所述的圓 柱筒形偏振器為圓柱筒形偏振膜或圓柱曲面殼式偏振元件。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種光束整形裝置，其特征在于所述的擴(kuò)束鏡為伽利略型擴(kuò)束鏡或開普勒型擴(kuò)束鏡。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種光束整形裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件為轉(zhuǎn)動(dòng)式運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)式直流電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的一 種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光束整形裝置?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)入射光束要求高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束和光束尺寸調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型中入射光束依次經(jīng)過(guò)外反射式圓錐面反射鏡、圓柱筒形曲面偏振器、內(nèi)反射式錐面反射鏡、兩平行放置的二分之一波片和擴(kuò)束鏡；光源出射光束被外反射式圓錐面反射鏡發(fā)射后形成徑向傳播光束，經(jīng)過(guò)圓柱筒形曲面偏振器后，被內(nèi)反射式錐面反射鏡反射形成圓環(huán)形旋轉(zhuǎn)矢量偏振光束，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)部件調(diào)節(jié)兩二分之一波片光軸夾角改變偏振態(tài)，通過(guò)擴(kuò)束鏡改變光束橫向尺寸。本實(shí)用新型具有入射光束要求低、圓環(huán)形矢量光束輸出、光束偏振態(tài)和橫向尺寸調(diào)節(jié)便利等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK201278056SQ20082016702
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者高秀敏 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)