一種角向偏振光產(chǎn)生裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種角向偏振光產(chǎn)生裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米微結(jié)構(gòu)，微光電器件，人工超材料研究的深入，這類器件和材料的照明與激發(fā)光路已顯得越來越重要。如表面等離激元開關(guān)，表面等離激元邏輯門，表面等離激元透鏡，納米線或納米波導(dǎo)的照明需要微米尺寸的激光光斑。入射光斑與器件的相互作用與光的偏振狀態(tài)密切相關(guān)。因此，對于產(chǎn)生各種不同偏振狀態(tài)的微小光斑的研究和方法具有非常重要的科學(xué)意義。
[0003]利用傳統(tǒng)的線偏振檢偏器和四分之一玻片很容易獲得線偏振光束和圓偏振光束；但是柱面圓對稱偏振光束即徑向偏振光束和角向偏振光束則需要利用軟件控制的液晶組件才能獲得;還有一些利用其它方法獲得徑向偏振光束的報道;但是這些方法獲得的光束橫截面都非常大，至少也是幾個毫米以上；目前還沒有直接產(chǎn)生橫截面只有幾個微米的角向偏振光束的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能獲得橫截面只有幾個微米的角向偏振光束，結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣的角向偏振光產(chǎn)生裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種角向偏振光產(chǎn)生裝置，包括激光器、第一線偏振片、四分之一玻片和角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件，所述激光器、第一線偏振片、四分之一玻片和角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件由前到后依次排列，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件的一級衍射方向上設(shè)置有CCD電荷耦合成像器件，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件與所述CCD電荷耦合成像器件之間設(shè)置有第二線偏振片。
[0006]進(jìn)一步，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件包括石英玻璃基底，所述石英玻璃基底上設(shè)置有鉻層，所述鉻層上設(shè)置有金膜，所述金膜上刻蝕對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步，所述絡(luò)層的厚度為5nm，所述金膜的厚度為150nmo
[0008]本發(fā)明的有益效果是:激光器發(fā)出的激光束無需通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行擴束和準(zhǔn)直，可以直接通過線偏振檢偏器和四分之一玻片獲得橫截面很小的圓偏振光，然后入射角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件獲得橫截面只有幾個微米的角向偏振光束;這樣的角向偏振光束可以廣泛應(yīng)用在納米微結(jié)構(gòu)器件，微光電器件，人工超材料等領(lǐng)域照明和激發(fā);尤其在輸出狀態(tài)與入射偏振相關(guān)的表面等離激元光開關(guān)，邏輯門，納米線，納米波導(dǎo)的照明與激發(fā)方面有很好的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一技術(shù)方案如下:一種角向偏振光產(chǎn)生方法，包括以下步驟:
[0010]步驟S1.激光器發(fā)出激光束入射到第一線偏振片上，得線偏振激光束；
[0011 ]步驟S2.線偏振激光束入射到四分之一玻片上，得到圓偏振光；
[0012]步驟S3.圓偏振光入射到角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件，角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件衍射一級光束入射到CCD電荷耦合成像器件進(jìn)行成像；
[0013]步驟S4.旋轉(zhuǎn)位于角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件和CCD電荷耦合成像器件之間的第二線偏振片的偏振方向，觀察并驗證微結(jié)構(gòu)器件衍射一級光束的角向偏振特性。
[0014]進(jìn)一步，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件的制作步驟:在石英玻璃基底上，利用電子束蒸發(fā)鍍膜依次鍍一層鉻層和金膜;繪制微結(jié)構(gòu)的二元灰度圖像，將二元灰度圖像保存成BMP圖像，通過聚焦離子束將BMP圖像刻蝕在金膜上，得到需要的微結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步，所述二元灰度圖像的實現(xiàn)步驟:繪制計算全息圖和圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖，將計算全息圖和圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖疊加，再將疊加后的結(jié)構(gòu)二元化。
[0016]進(jìn)一步，所述計算全息圖的實現(xiàn)步驟:拓?fù)浜蔀镮的渦旋位相光束作為物光束，斜入射平面波光束作為參考光束，物光束和參考光束干涉得到條紋圖作為計算全息圖。
[0017]進(jìn)一步，所述圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖以其中心位置為圓心，將其劃分為多個緊鄰的圓環(huán)，每一個圓環(huán)的內(nèi)外半徑差相等，再將每一個圓環(huán)沿角向分成周期為入射激光波長三分之一的黑白相間的條紋，黑白占空比為百分之五十；
[0018]進(jìn)一步，所述計算全息圖中條紋為相消處，所述計算全息圖和圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖疊加疊加后仍為黑色;計算全息圖中條紋為增強處，圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖為黑色處，計算全息圖和圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖疊加疊加后為黑色。
[0019]進(jìn)一步，所述計算全息圖和圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖疊加后的結(jié)構(gòu)二元化具體實現(xiàn):先將最大灰度值歸一化，再將灰度不為零的地方分成兩類，當(dāng)灰度大于0.5時，灰度轉(zhuǎn)換為I，而當(dāng)灰度小于等于0.5時，灰度轉(zhuǎn)換為O。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:激光器發(fā)出的激光束無需通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行擴束和準(zhǔn)直，可以直接通過線偏振檢偏器和四分之一玻片獲得橫截面很小的圓偏振光，然后入射角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件獲得橫截面只有幾個微米的角向偏振光束;這樣的角向偏振光束可以廣泛應(yīng)用在納米微結(jié)構(gòu)器件，微光電器件，人工超材料等領(lǐng)域照明和激發(fā);尤其在輸出狀態(tài)與入射偏振相關(guān)的表面等離激元光開關(guān)，邏輯門，納米線，納米波導(dǎo)的照明與激發(fā)方面有很好的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一種角向偏振光產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的物光束與參考光束干涉條紋圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的圓對稱的微結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)灰度圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的疊加并二元化的微結(jié)構(gòu)灰度圖。
[0026]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0027]1、激光器，2、第一線偏振片，3、四分之一玻片，4、角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件，5、第二線偏振片。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0029 ]如圖1所不，一種角向偏振光產(chǎn)生裝置，包括激光器1、第一線偏振片2、四分之一玻片3和角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4，所述激光器1、第一線偏振片2、四分之一玻片3和角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4由前到后依次排列，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4的一級衍射方向上設(shè)置有CCD電荷耦合成像器件6，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4與所述CCD電荷耦合成像器件6之間設(shè)置有第二線偏振片5。
[0030]優(yōu)選的，所述角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4包括石英玻璃基底，所述石英玻璃基底上設(shè)置有鉻層，所述鉻層上設(shè)置有金膜，所述金膜上刻蝕對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)。
[0031]優(yōu)選的，所述絡(luò)層的厚度為5nm，所述金膜的厚度為150nmo
[0032]激光器I發(fā)出的激光束無需通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行擴束和準(zhǔn)直，可以直接通過第一線偏振片2和四分之一玻片3獲得橫截面很小的圓偏振光，然后入射角向偏振轉(zhuǎn)換微結(jié)構(gòu)器件4獲得橫截面只有幾個微米的角向偏振光束;這樣的角向偏振光束可以廣泛應(yīng)用在納米微結(jié)構(gòu)器件，微光電器件，人工超材料等領(lǐng)域照明和激發(fā);尤其在輸出狀態(tài)與入射偏振相關(guān)的表面等離激元光開關(guān)，邏輯門，納米線，納米波導(dǎo)的照明與激發(fā)方面有很好的應(yīng)用。
[0033]如圖2至圖5所示，一種角向偏振光產(chǎn)生方法，包括以下步驟:
[0034]步驟S1.激光器I發(fā)出激光束入射到第一線偏振片2上，得