本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用單個分光棱鏡和相位圖生成非均勻偏振光束的方法及裝置。

背景技術(shù)：

偏振是光波的一種基本屬性。常見的均勻偏振光束主要包括線偏振、圓偏振、橢圓偏振光束。近年來，作為均勻偏振光束的一個擴展和應(yīng)用，非均勻偏振光束逐漸成為光學領(lǐng)域的一個研究熱點。特殊的空間偏振態(tài)分布使其在緊聚焦時具有極強的縱向分量、超小的光斑尺寸等特點，這在基礎(chǔ)科學和工程應(yīng)用中，包括激光加工、光學微操縱、高密度數(shù)據(jù)存儲、超分辨率成像等，具有巨大的應(yīng)用價值。

迄今，非均勻偏振光場的生成方法既可以通過設(shè)計激光器的諧振腔，使其直接輸出非均勻偏振光束；也可以在激光腔外生成，激光腔外的生成方法主要分為兩大類，即直接法和間接法。直接法指通過設(shè)計偏振轉(zhuǎn)換元件，利用偏振轉(zhuǎn)換元件將均勻偏振光束直接變?yōu)榉蔷鶆蚱窆馐?。常見的偏振轉(zhuǎn)換元件包括扭曲向列液晶、亞波長光柵、組合的半波片、超表面等。間接法指使經(jīng)過相位和偏振調(diào)制的兩均勻偏振光束同軸疊加生成非均勻偏振光束，也稱干涉法。

采用直接法產(chǎn)生非均勻偏振光束，需要借助特殊工藝加工的光學元件，光學元件加工定型之后只能產(chǎn)生特定偏振分布的非均勻偏振光束，降低了靈活性。采用干涉法生成非均勻偏振光束，具有很高的靈活性，可以方便地產(chǎn)生任意非均勻偏振光束?，F(xiàn)有的間接法主要依靠空間光調(diào)制器實現(xiàn)非均勻偏振光束的實時可控。然而，空間光調(diào)制器上需要加載計算全息圖，反(透)射光會產(chǎn)生多個衍射級次，嚴重降低了非均勻偏振光束的產(chǎn)生效率。針對間接法產(chǎn)生效率的問題，本發(fā)明提出一種具有更高效率的非均勻偏振光束產(chǎn)生方法及裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于單個分光棱鏡產(chǎn)生非均勻偏振光束的方法及裝置，所用相位圖可以制成相位板或替代計算全息圖直接顯示在空間光調(diào)制器上，消除計算全息圖產(chǎn)生的無關(guān)衍射級次。該方法所用的光學元器件更少，光束疊加的同軸性調(diào)節(jié)更容易，具有更高的產(chǎn)生效率。

技術(shù)方案

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案，其特征在于包括光源1，半波片2，消偏振分光棱鏡3，分光系統(tǒng)4，四分之一波片9。

所述光源1可以為氦氖激光器，氬離子激光器，半導(dǎo)體激光器及納秒、皮秒、飛秒脈沖激光器等。

所述半波片2的作用是改變激光器輸出光束的偏振方向。

所述消偏振分光棱鏡3的作用是使分光系統(tǒng)4返回的光束與入射光束分離。

所述的分光系統(tǒng)4包括偏振分光棱鏡5，反射鏡6，半波片7和相位圖8：偏振分光棱鏡5的作用是將入射光束分成偏振方向正交的兩束線偏振光束；反射鏡6的作用是改變偏振分光棱鏡5反射光束的方向使其與偏振分光棱鏡5透射光束的方向平行；半波片7的作用是改變光束的偏振方向；相位圖8的作用是給光束加載相位信息。

所述四分之一波片9的作用是使偏振方向正交的兩束線偏振光轉(zhuǎn)化為兩束旋向相反的圓偏振光。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-光源，2-半波片，3-消偏振分光棱鏡，4-分光系統(tǒng)，5-偏振分光棱鏡，6-反射鏡，7-半波片，8-相位圖，9-四分之一波片。

附圖2為本發(fā)明附圖1中分光系統(tǒng)4的一種變形示意圖；圖中，1-分光棱鏡，2，3-偏振片，4-相位圖。

附圖3為相位分布沿角向變化的相位圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋，是本發(fā)明的一種應(yīng)用形式，本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例1：

本發(fā)明提出產(chǎn)生非均勻偏振光束的方法如圖1所示，光源1發(fā)出的線偏振光束，經(jīng)過半波片2，其偏振方向可以任意改變，進入分光系統(tǒng)4，再由偏振分光棱鏡5分成兩束偏振方向正交的線偏振光束：p分量和s分量。p分量直接經(jīng)相位圖8反射，s分量經(jīng)反射鏡6反射后，經(jīng)過半波片7后變成偏振方向與水平方向夾角為45°的線偏振光束，經(jīng)相位圖8反射后再一次經(jīng)過半波片7，變成豎直偏振光束，此時，p分量和s分量再經(jīng)偏振分光棱鏡5合并，通過消偏振分光棱鏡3反射，經(jīng)四分之一波片9后分別轉(zhuǎn)化為左旋和右旋圓偏振光束，即為本發(fā)明產(chǎn)生的非均勻偏振光束。

實施例2：

分光系統(tǒng)4也可以由圖2所示光路結(jié)構(gòu)替代，光束進入消偏振分光棱鏡1，由分光棱鏡分為透射光束和反射光束，透射光束和反射光束相互平行，透射光束經(jīng)偏振片2變成偏振方向與水平方向夾角為135°的線偏振光束，反射光束經(jīng)過偏振片3變成偏振方向與水平方向夾角為45°的線偏振光束，兩光束經(jīng)相位圖4反射后再經(jīng)消偏振分光棱鏡1合并。

實施例3：

圖3所示為相位分布沿角向變化的相位圖，入射光束通過分光系統(tǒng)4中的偏振分光棱鏡5和反射鏡6后分成偏振方向正交的兩束平行光，經(jīng)相位圖反射后攜帶相應(yīng)的相位信息。最后，消偏振分光棱鏡3反射后的疊加光束通過四分之一波片9后即轉(zhuǎn)換為局部偏振方向沿角向變化的非均勻偏振光束，其偏振分布可以寫成瓊斯矩陣：[cosδ,sinδ]^t，局部線偏振的偏振方向取決于相位圖的相位分布δ。上面采用的瓊斯矩陣也可以表示任意的非均勻偏振光束。例如相位分布沿徑向變化的相位圖產(chǎn)生的局部偏振方向沿著徑向變化的非均勻偏振光束；相位分布沿徑向和角向同時變化的相位圖產(chǎn)生的局部偏振方向沿著徑向和角向同時變化的非均勻偏振光束。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用單個分光棱鏡和相位圖生成非均勻偏振光束的方法及裝置，其特征在于：在光源的輸出軸上引入一分光系統(tǒng)，消偏振分光棱鏡使分光系統(tǒng)調(diào)制后的返回光后與入射光分離,通過四分之一波片后轉(zhuǎn)化成任意非均勻偏振光束。在分光系統(tǒng)中，引入相位圖替代傳統(tǒng)的計算全息圖以消除無關(guān)的衍射級次，提高非均勻偏振光束的產(chǎn)生效率。本發(fā)明所提出的裝置，所用光學元件較少，光路結(jié)構(gòu)的同軸性調(diào)節(jié)簡單，可以方便高效的生成任意偏振分布的非均勻偏振光束。

技術(shù)研發(fā)人員：趙建林;章毅;李鵬;馬超杰;劉圣;韓磊;程華超
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.30
技術(shù)公布日：2017.08.18