一種用于選擇角向偏振的v形與w形組合鏡結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于選擇角向偏振的V形與W形組 合鏡結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 角向偏振光是一種環(huán)狀光束，環(huán)上任一點(diǎn)的偏振方向均垂直于徑向，對激光器輸 出的激光束進(jìn)行處理可以得到角向偏振光。由于角向偏振光的特殊偏振矢量結(jié)構(gòu)，使其在 很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在科學(xué)研宄領(lǐng)域，角向偏振光可用于引導(dǎo)原子。在強(qiáng)聚焦下，角向偏 振光也可以作為"光鑷子"實(shí)現(xiàn)對粒子捕獲。角向偏振光還可以用于雙光子熒光成像，突破 衍射極限，提高分辨率。在工業(yè)加工領(lǐng)域，角向偏振光可用于打孔和焊接，以提高打孔和焊 接深度；角向偏振光也可通過外光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而變成徑向偏振光，以提高切割速度和加工 質(zhì)量。
[0003] 目前，角向偏振光的產(chǎn)生分為被動和主動兩種方式。被動的方式主要采用組合波 片、光柵等元件對激光器產(chǎn)生的線偏振光作空間重排，或使用一對偏振正交的TEM tll光束相 干疊加得到。主動方式一般采用雙折射晶體或圓形光柵鏡等偏振選擇性元件在激光諧振腔 中實(shí)現(xiàn)角向偏振光的振蕩輸出。相比于被動方法，主動方法轉(zhuǎn)化效率高，可以實(shí)現(xiàn)高功率輸 出。實(shí)驗(yàn)研宄表明，采用主動方法得到角向偏振光，僅需要偏振選擇器件對S偏振光的反射 率至少比P偏振光的反射率高4%，就可以得到高純度的角向偏振光。但是由于雙折射晶體 的產(chǎn)生方法需要配合小孔選模等其他技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來穩(wěn)定性差，得到的角向偏振光偏振純 度不高；而光柵鏡設(shè)計(jì)制作復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、 成本低的用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于激光器時(shí)能夠產(chǎn)生高純度的 角向偏振光。
[0005] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)， 包括固定在一起以光軸為中心旋轉(zhuǎn)對稱布置的環(huán)狀V形錐鏡和W形錐鏡，所述V形錐鏡中 心開有入射孔，所述V形錐鏡的反射面由外錐面和內(nèi)錐面組成，所述W形錐鏡的反射面由位 于中央?yún)^(qū)域的外錐反射面和外周區(qū)域的內(nèi)錐反射面組成，所述外錐面和內(nèi)錐面分別與內(nèi)錐 反射面相對布置，所述外錐面、內(nèi)錐面、外錐反射面和內(nèi)錐反射面形成內(nèi)部中空的多次反射 組合結(jié)構(gòu)，所述外錐面、內(nèi)錐面、外錐反射面和內(nèi)錐反射面的錐角均為90°。
[0006] 進(jìn)一步地，所述外錐面、內(nèi)錐面、內(nèi)錐反射面和外錐反射面上分別鍍有金膜。
[0007] 進(jìn)一步地，所述W形錐鏡的外錐反射面與內(nèi)錐反射面的交接處設(shè)有環(huán)形平面。
[0008] 進(jìn)一步地，所述過渡區(qū)域?yàn)榇怪庇诠廨S的環(huán)形平面。
[0009] 進(jìn)一步地，所述過渡區(qū)域?yàn)榉謩e與外錐反射面與內(nèi)錐反射面相切的環(huán)形弧面。
[0010] 更進(jìn)一步地，所述V形錐鏡和W形錐鏡均為具有高反射率的金屬銅鏡。
[0011] 本實(shí)用新型充分利用金屬錐面反射鏡對S-偏振光的反射率要高于對P-偏振光的 反射率的特點(diǎn)，通過由兩個(gè)錐面形成的V形反射面和由兩個(gè)V形錐面形成的W形反射面組 成一個(gè)內(nèi)部中空的多次反射組合鏡結(jié)構(gòu)，激光束射入組合鏡后，在組合鏡內(nèi)多次反射后再 沿平行于入射光方向向外射出，經(jīng)過在組合鏡內(nèi)的多次錐面反射后，S-偏振光保持很高的 反射率，而P-偏振光則損耗較大，最終能在激光諧振腔內(nèi)起振并維持的偏振態(tài)就只有角向 偏振。將該組合鏡用做諧振腔尾鏡，就可以在腔內(nèi)有效抑制P-偏振光，而僅讓S-偏振光形 成振蕩，從而起到角向偏振選擇的作用。
[0012] 本實(shí)用新型的尾鏡組件結(jié)構(gòu)簡單，偏振選擇性好、抗損傷閾值高、對稱性好、抗失 調(diào)能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性能和機(jī)械性能優(yōu)良，制作簡單，成本低，可廣泛應(yīng)用于氣體、固體和半導(dǎo) 體激光器產(chǎn)生高功率、高純度的角向偏振光。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本實(shí)用新型V形錐鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為本實(shí)用新型V形錐鏡的側(cè)視圖。
[0016] 圖4為本實(shí)用新型W形錐鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖5為本實(shí)用新型W形錐鏡的側(cè)視圖。
[0018] 圖6為本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖中：1、V形錐鏡；2、W形錐鏡；3、入射孔；4、外錐面；5、內(nèi)錐面；6、外錐反射面；7、 內(nèi)錐反射面；8、光軸；9、激光束；10、環(huán)形平面。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解 本實(shí)用新型，但它們不對本實(shí)用新型構(gòu)成限定。
[0021] 如圖1-5所示，本實(shí)用新型的組合鏡結(jié)構(gòu)包括固定在一起呈中心對稱布置的環(huán)狀 的V形錐鏡1和W形錐鏡2,其中，V形錐鏡1是環(huán)形內(nèi)錐結(jié)構(gòu)，其中心區(qū)域開有入射孔3， 作為激光束9的入口，其環(huán)狀的V形反射面由外錐面4和內(nèi)錐面5組成；W形錐鏡2的中間 部分為外錐結(jié)構(gòu)，外周部分為內(nèi)錐結(jié)構(gòu)，其W形的反射面由位于中央?yún)^(qū)域的外錐反射面6和 外周區(qū)域的內(nèi)錐反射面7組成，外錐反射面6與內(nèi)錐反射面7的交接處設(shè)有一個(gè)寬度為D 的過渡區(qū)域10,過渡區(qū)域10可以為環(huán)形平面，也可以為與外錐反射面6和內(nèi)錐反射面7相 切的環(huán)形弧面，該區(qū)域的寬度可根據(jù)加工工藝要求而適當(dāng)調(diào)整，以便于制作。外錐面4、內(nèi)錐 面5、外錐反射面6和內(nèi)錐反射面7均為具有為高反射率的平面，外錐面4和內(nèi)錐面5分別 與內(nèi)錐反射面7以相對布置的方式安裝在一起，外錐面4、內(nèi)錐面5、外錐反射面6和內(nèi)錐反 射面7形成內(nèi)部中空的多次反射組合結(jié)構(gòu)，四者以光軸8為中心旋轉(zhuǎn)對稱。為保證入射的 光線能夠沿與入射光平行向外射出，外錐面4、內(nèi)錐面5、外錐反射面6和內(nèi)錐反射面7的 錐角α均為90°，即入射光線與外錐面4、內(nèi)錐面5、外錐反射面6和內(nèi)錐反射面7的夾角 均為45°。
[0022] V形錐鏡1與W形錐鏡2均為具有高反射率的金屬銅鏡，外錐面4、內(nèi)錐面5、外錐 反射面6和內(nèi)錐反射面7對S-偏振光的反射率要稍高于P-偏振光的反射率?？梢栽谕忮F 面4、內(nèi)錐面5、外錐反射面6和內(nèi)錐反射面7表面鍍金膜，來進(jìn)一步提高激光反射率，也可 以鍍其他特殊偏振選擇膜，來增大S-偏振光和P-偏振光的反射率差別，以提高偏振選擇能 力。
[0023] S-偏振光和P-偏振光的反射率差別將隨著組合鏡內(nèi)的錐面反射次數(shù)的增加而變 大。而錐面反射次數(shù)可通過組合鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)A、B、C、D來調(diào)整，其中，A為外錐面4和內(nèi) 錐面5的高度，B為內(nèi)錐反射面7的高度，C為外錐反射面6的高度，D為環(huán)形平面10的寬 度。如圖1所示，激光束9從環(huán)狀的V形錐鏡1的入射孔進(jìn)入該組合鏡后，將依次在內(nèi)部反 射錐面（6、7、4、5、7、6)上發(fā)生6次反射，然后與入射光平行向外射出。如圖6所示，為改變 了組合鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)后的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，激光束9從環(huán)狀的V形錐鏡1的入射孔進(jìn)入 該組合鏡后，將先在光軸8 -側(cè)發(fā)生5次反射，在進(jìn)入對稱的另一側(cè)完成另外5次反射，即 依次在內(nèi)部反射錐面（6、7、4、5、7、7、5、4、7、6)上發(fā)生10次反射，然后與入射光平行向外射 出，這樣有利于提高腔內(nèi)激光束的軸對稱均勻性。
[0024] 金屬銅鏡對S-偏振光和P-偏振光的反射率隨入射角的變化曲線，這兩種 偏振光反射率的數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為：R S= ((n-c〇S0) 2+k2V((n+c〇S0)2+k2)和& = ((n-sec0)2+k2V((n+sec0) 2+k2)，其中，Θ為入射角，n和k分別為反射面材料折射率的 實(shí)部和虛部。對于平面反射銅鏡，當(dāng)入射角Θ =0°時(shí)，S-偏振光和P-偏振光的反射率沒 有差別。而對于相同金屬銅材的內(nèi)錐反射鏡和外錐反射鏡，當(dāng)入射角Θ =45°時(shí)，S-偏振 光的反射率要高于P-偏振光的反射率，即Rs> R p。因此，當(dāng)S-偏振光和P-偏振光經(jīng)過上 述組合鏡的金屬錐面m次反射后，其總的反射率就分別為/C和，即兩種偏振光的反射率 差別將隨著反射次數(shù)的增加而越來越大。將該組合鏡用做諧振腔尾鏡，就可以在腔內(nèi)有效 抑制P-偏振光，而僅讓S-偏振光形成振蕩，從而起到角向偏振選擇的作用。
[0025] 本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括固定在一起以 光軸為中心旋轉(zhuǎn)對稱布置的環(huán)狀V形錐鏡（1)和W形錐鏡（2)，所述V形錐鏡（1)中心開有 入射孔（3)，V形錐鏡⑴的反射面由外錐面⑷和內(nèi)錐面（5)組成，所述W形錐鏡⑵的 反射面由位于中央?yún)^(qū)域的外錐反射面（6)和外周區(qū)域的內(nèi)錐反射面（7)組成，所述外錐面 (4)和內(nèi)錐面（5)分別與內(nèi)錐反射面（7)相對布置，所述外錐面（4)、內(nèi)錐面（5)、外錐反射 面（6)和內(nèi)錐反射面（7)形成內(nèi)部中空的多次反射組合結(jié)構(gòu)，所述外錐面（4)、內(nèi)錐面（5)、 外錐反射面（6)和內(nèi)錐反射面（7)的錐角均為90°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其特征在 于：所述外錐面（4)、內(nèi)錐面（5)、外錐反射面（6)和內(nèi)錐反射面（7)上分別鍍有金膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其特征在 于：所述W形錐鏡（2)的外錐反射面（6)與內(nèi)錐反射面（7)的交接處設(shè)有過渡區(qū)域（10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其特征在 于：所述過渡區(qū)域（10)為垂直于光軸的環(huán)形平面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其特征在 于：所述過渡區(qū)域（10)為分別與外錐反射面（6)、內(nèi)錐反射面（7)相切的環(huán)形弧面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)，其 特征在于：所述V形錐鏡（1)和W形錐鏡（2)均為具有高反射率的金屬銅鏡。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于選擇角向偏振的V形與W形組合鏡結(jié)構(gòu)。它包括固定在一起呈中心對稱布置的V形錐鏡和W形錐鏡，V形錐鏡中心開有入射孔，V形錐鏡的反射面由外錐面和內(nèi)錐面組成，W形錐鏡的反射面由位于中央?yún)^(qū)域的外錐反射面和外周區(qū)域的內(nèi)錐反射面組成，外錐面和內(nèi)錐面分別與內(nèi)錐反射面相對布置，外錐面、內(nèi)錐面、外錐反射面和內(nèi)錐反射面形成內(nèi)部中空的多次反射組合結(jié)構(gòu)，外錐面、內(nèi)錐面、外錐反射面和內(nèi)錐反射面的錐角均為90°。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，對稱性好、抗失調(diào)能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性能和機(jī)械性能優(yōu)良，制作簡單，成本低，可廣泛應(yīng)用于氣體、固體和半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生高功率、高純度的角向偏振光。
【IPC分類】G02B27-28
【公開號】CN204360025
【申請?zhí)枴緾N201420548675
【發(fā)明人】王又青, 李波, 趙江, 楊揚(yáng), 賀昌玉, 許亮, 劉瑩
【申請人】武漢光谷科威晶激光技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年9月23日