軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型適用于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種軸錐體，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，錐面與底面之間的夾角θ滿足：平行于軸錐體的中心軸傳輸?shù)墓饨?jīng)錐面入射至軸錐體內(nèi)部后，能夠在底面發(fā)生全反射，并且滿足：光經(jīng)錐面射入及射出時(shí)，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。本實(shí)用新型利用全反射原理及光在介質(zhì)與空氣中傳播的光學(xué)原理，對(duì)軸錐體的底角θ進(jìn)行限定，使入射光在軸錐體的底面發(fā)生全反射，同時(shí)將平行分量在軸錐體的錐面上的反射損耗限制為1%以內(nèi)，引起平行分量光子在腔內(nèi)振蕩放大形成徑向偏振激光。該軸錐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，能夠有效選擇平行分量光子以形成腔內(nèi)振蕩，適合用于產(chǎn)生徑向偏振光的設(shè)備中。
【專利說(shuō)明】軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]偏振是光的基本特征之一,常見偏振光有線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光以及徑向偏振光，由于徑向偏振光具有完美的軸對(duì)稱分布特性，使得它與線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光相比有著很多顯著不同的特性。如徑向偏振光具有沿光軸對(duì)稱的電場(chǎng)分布以及中空的圓環(huán)形的光束結(jié)構(gòu)；徑向偏振光在高數(shù)值透鏡聚焦時(shí)可以產(chǎn)生超越衍射極限的極小焦斑，比線偏振、圓偏振、橢圓偏振的聚焦光斑小的多，而且在焦點(diǎn)區(qū)域的縱向電場(chǎng)變的非常強(qiáng)；徑向偏振光只有橫向的磁場(chǎng)和沿軸縱向的電場(chǎng)；徑向偏振光是偏振本征態(tài)，在C切向晶體中傳播時(shí)，不會(huì)發(fā)生串?dāng)_。近年來(lái)，徑向偏振光的這些特性得到了很多的應(yīng)用。如在引導(dǎo)和捕捉粒子、粒子加速、提高顯微鏡的分辨率、金屬切割以及提高存儲(chǔ)密度等方面，隨著人們對(duì)徑向偏振光的不斷深入的認(rèn)識(shí)，它將在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0003]世界上第一束徑向偏振光是由日本的Y.Mushiake在1972年通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲?。粐?guó)內(nèi)第一束徑向偏振光是由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的莊杰佳利用四塊扇形的半玻片膠合而成的光學(xué)元器件產(chǎn)生。近10年來(lái)，科研人員紛紛尋找各種有效的方法來(lái)產(chǎn)生徑向偏振光。徑向偏振光的產(chǎn)生方法分兩類，即腔內(nèi)法和腔外模式轉(zhuǎn)化法。通過(guò)腔內(nèi)方法產(chǎn)生徑向偏振光的有:Jianlang Li等人在光纖激光器中用雙重圓軸棱鏡來(lái)產(chǎn)生徑向偏振光；InonMoshe等人采用在激光腔內(nèi)熱致雙焦點(diǎn)的位置上放置小孔的方式來(lái)選擇偏振的模式；RamOron等人在激光腔內(nèi)用不連續(xù)的位相器件來(lái)產(chǎn)生徑向偏振光；A.V.Nesterov等人在腔內(nèi)放置具有軸向偏振選擇性亞波長(zhǎng)衍射來(lái)產(chǎn)生徑向偏振光。
[0004]上述對(duì)現(xiàn)有的激光器進(jìn)行腔內(nèi)改造設(shè)計(jì)產(chǎn)生徑向偏振光是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工程，對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，比較可行的方法是在激光腔外使用某種光學(xué)器件進(jìn)行外部轉(zhuǎn)化。
1.J.Cooper, S.Quabis等人利用4塊扇形半波片組成一個(gè)圓形光器件來(lái)產(chǎn)生近似的徑向偏振光；G.Machavariani等人則利用8快半波片進(jìn)行改進(jìn)，產(chǎn)生趨于完美的徑向偏振光；C.Steve等人利用干涉儀相干疊加兩束偏振方向相互垂直的線偏振光來(lái)產(chǎn)生徑向偏振光；M.Stalder利用扭轉(zhuǎn)向列液晶偏振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生徑向偏振光。上述產(chǎn)生徑向偏振光的方法仍較復(fù)雜，成本也較高，本發(fā)明將提供另一種有效易實(shí)施的產(chǎn)生徑向偏振光的方案。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、易于制造的軸錐體，用于激光諧振腔中產(chǎn)生徑向偏振光。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種軸錐體，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，所述錐面與底面之間的夾角Θ滿足:平行于所述軸錐體的中心軸傳輸?shù)墓饨?jīng)所述錐面入射至軸錐體內(nèi)部后，能夠在所述底面發(fā)生全反射，并且滿足:光經(jīng)所述錐面射入及射出時(shí)，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。[0007]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案:
[0008]所述晶體軸錐體為YAG或Nd:YAG軸錐體，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° -2' ^ Θ ^ 65.61° +2'。
[0009]所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° ( Θ≤65.61°。
[0010]所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° _2’ ( Θ ^ 65.61° _2’。
[0011]所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° +2' ( Θ ^ 65.61° +2'。
[0012]所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° +2' ( Θ ^ 65.61° _2’。
[0013]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種激光諧振腔，包括激光輸出鏡及所述的軸錐體，所述激光輸出鏡與所述軸錐體的底面平行，所述激光輸出鏡與所述軸錐體形成法布里-珀羅諧振腔。
[0014]進(jìn)一步的，當(dāng)所述軸錐體為非增益晶體軸錐體時(shí)，所述激光諧振腔還包括設(shè)于所述軸錐體與所述激光輸出鏡之間的增益介質(zhì)。
[0015]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種激光器，包括上述的激光諧振腔。
[0016]進(jìn)一步的，當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為非增益晶體軸錐體時(shí)，于所述增益介質(zhì)的側(cè)面設(shè)有泵浦源；當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為增益晶體軸錐體時(shí)，于所述軸錐體的底面中心處設(shè)有泵浦源。
[0017]本實(shí)用新型利用全反射原理及光在介質(zhì)與空氣中傳播的光學(xué)原理，對(duì)軸錐體的底角Θ進(jìn)行限定，使入射光在軸錐體的底面上發(fā)生全反射以避免平行分量在底面產(chǎn)生透射損耗，同時(shí)通過(guò)對(duì)底角的限定使光經(jīng)過(guò)軸錐體的錐面入射及出射時(shí)，其平行分量的反射損耗均在0.5%以內(nèi)，進(jìn)而使入射光每經(jīng)過(guò)一次軸錐體，其平行分量的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于垂直分量的損耗，且不大于1%，引起平行分量光子在腔內(nèi)振蕩放大形成徑向偏振激光。該軸錐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，便于設(shè)計(jì)制造，成本低，能夠有效選擇平行分量光子以形成腔內(nèi)振蕩，適合本領(lǐng)域工程技術(shù)人員實(shí)施，適合用于產(chǎn)生徑向偏振光的設(shè)備中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的軸錐體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光入射Nd =YAG介質(zhì)表面的光路圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光在軸錐體內(nèi)外的傳播路徑示意圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光入射軸錐體的入射角與入射底面的入射角的關(guān)系曲線；
[0022]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光從軸錐體第一錐面入射時(shí)平行分量和垂直分量的反射率與底角Θ的關(guān)系曲線；[0023]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光從軸錐體第一錐面入射時(shí)平行分量和垂直分量的透射率與底角Θ的關(guān)系曲線；
[0024]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光從軸錐體第二錐面射出時(shí)平行分量和垂直分量的反射率與底角Θ的關(guān)系曲線；
[0025]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光從軸錐體第二錐面射出時(shí)平行分量和垂直分量的透射率與底角Θ的關(guān)系曲線；
[0026]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；[0027]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖(二)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0029]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0030]圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的軸錐體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2示出了光入射Nd:YAG介質(zhì)表面的光路圖，圖3示出了光在軸錐體內(nèi)外的傳播路徑示意圖，為了便于說(shuō)明，僅不出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0031]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的軸錐體I用于對(duì)入射光進(jìn)行平行分量的選擇，進(jìn)而形成徑向偏振光，該軸錐體為圓錐狀的晶體軸錐體，該晶體可以是激光增益晶體，也可以是非增益晶體，包括錐面及底面，根據(jù)軸錐體的材質(zhì)對(duì)該軸錐體的底角進(jìn)行限定，可以對(duì)入射光的平行分量進(jìn)行選擇以形成徑向偏振光，以下提供一種具體的實(shí)現(xiàn)方式:參考圖1，該軸錐體I由釔鋁石榴石(YAG)晶體或摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體加工而成，軸錐體I的形狀為等腰三角形以其中軸線為軸旋轉(zhuǎn)一周形成的圓錐狀，其包括底面11和錐面12。進(jìn)一步參考圖2，圖中S(i)為入射光，Sw為反射光，S(t)為透射光，軸錐體I的材質(zhì)為YAG或Nd:YAG,YAG和Nd =YAG的折射率十分接近，均按1.82計(jì)，根據(jù)菲尼爾公式得出的光從空氣進(jìn)入YAG或Nd =YAG介質(zhì)發(fā)生折射和反射時(shí)的透射率和反射率的公式如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種軸錐體，其特征在于，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，所述錐面與底面之間的夾角Θ滿足:平行于所述軸錐體的中心軸傳輸?shù)墓饨?jīng)所述錐面入射至軸錐體內(nèi)部后，能夠在所述底面發(fā)生全反射，并且滿足:光經(jīng)所述錐面射入及射出時(shí)，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。
2.如權(quán)利要求1所述的軸錐體，其特征在于，所述晶體軸錐體為YAG或Nd:YAG軸錐體，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° -2' ( Θ ≤ 65.61° +2'。
3.如權(quán)利要求2所述的軸錐體，其特征在于，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496。≤ Θ ≤ 65.61。。
4.如權(quán)利要求2所述的軸錐體，其特征在于，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° -2'≤ ( Θ ≤ 65.61° -2'。
5.如權(quán)利要求2所述的軸錐體，其特征在于，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° +2' ≤( Θ ≤65.61° +2'。
6.如權(quán)利要求2所述的軸錐體，其特征在于，所述錐面與底面之間的夾角Θ為:62.496° +2' ≤( Θ ≤ 65.61° -2'。
7.一種激光諧振腔，其特征在于，包括激光輸出鏡及權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的軸錐體，所述激光輸出鏡與所述軸錐體的底面平行，所述激光輸出鏡與所述軸錐體形成法布里-珀羅諧振腔。
8.如權(quán)利要求7所述的激光諧振腔，其特征在于，當(dāng)所述軸錐體為非增益晶體軸錐體時(shí)，所述激光諧振腔還包括設(shè)于所述軸錐體與所述激光輸出鏡之間的增益介質(zhì)。
9.一種激光器，其特征在于，包括權(quán)利要求7或8所述的激光諧振腔。
10.如權(quán)利要求9所述的 激光器，其特征在于，當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為非增益晶體軸錐體時(shí)，于所述增益介質(zhì)的側(cè)面設(shè)有泵浦源；當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為增益晶體軸錐體時(shí)，于所述軸錐體的底面中心處設(shè)有泵浦源。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK203589447SQ201320639248
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】肖磊, 趙建濤, 郭煒, 楊錦彬, 寧艷華, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司