专利名称：一种矢量圆环形光束整形装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学技术领域，涉及一种光束整形装置，特别是一种矢量 圆环形光束整形装置。主要用于光学显微技术、激光微加工、光学微操纵、 光信息存储等领域。 技术背景矢量光束由于具有特殊的光束聚焦性质和传播特性可应用到光信息 存储、光学显微、平版印刷术，激光加工、光学微操纵、超分辨、光与物 质相互作用等光学系统。例如，旋转矢量偏振光束可应用于光学显微系统 中实现超分辨效应，因为一定的旋转矢量偏振光束经过聚焦后焦点比同一 聚焦系统中线偏振光束聚焦的焦点的横向光斑小。矢量光束的产生是研究 和利用旋转矢量偏振光束的必备前提条件，引起了广泛关注。在先技术中， 有一种可调式矢量光束整形系统(参见中国发明专利"可调式矢量光束整形系统"，专利号ZL200410052913.4)，该可调式矢量光束整形系统具有 相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足，主要为1)如果利用在先 技术产生旋转矢量偏振光束，所需要必备的条件是系统入射光束需要为旋 转矢量偏振光束的特殊形式，比如径向偏振光束或方位角偏振光束，然而， 径向偏振光束和方位角偏振光束的产生也属于旋转矢量偏振光束产生范 畴，其本质决定无法实现非旋转矢量偏振光束转化为旋转矢量偏振光束， 本质上决定无法实现非相千入射光束向旋转矢量偏振光束的转化过程，对 入射光束要求高；2)无法实现出射光束与入射光束相对的光束横向扩束 效应，无法调节出射光束外形尺寸，限制了应用范围；3)无法实现圆环 光形矢量光束，对聚焦光学系统中聚焦物镜的高数值孔径区域使用效率 低。发明内容本发明的目的在于针对上述在先技术的不足，提供一种矢量圆环形光 束整形装置，具有可实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化、入射光束要求低、圆环形矢量光束输出、光束偏振态可调节、出射光 束横向尺寸调节便利等特点。本发明的基本构思是:将入射光束依次经过同对称光轴放置的外反射 式圆锥面反射镜、圆柱筒形偏振器、内反射式锥面反射镜、两平行放置的 二分之一波片、旋转移动部件和扩束镜构成；旋转移动部件与一个二分之 一波片连接；入射光束被外反射式圆锥面反射镜反射形成径向传播光束， 经过圆柱筒形偏振器时光束偏振态被调节，而后经过内反射式锥面反射镜 反射后，形成矢量圆环形光束；通过旋转移动部件调节两二分之一波片的波片光轴夹角可以调解旋转矢量偏振光束偏振方向，通过扩束镜改变出射 光束横向尺寸，具有入射光束要求低、矢量圆环形光束输出、光束偏振态 和横向尺寸调节便利等优点。本发明包括同轴设置的内反射式锥面反射镜、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形偏振器和扩束镜；内反射式圆锥面反射镜为圆环形，其内侧 壁为反射面，反射角为45度；外反射式圆锥面反射镜为圆锥形，其外侧壁为反射面，反射角为45度；圆柱筒形偏振器设置在内反射式圆锥面反射镜的中心孔内，其筒壁为偏振工作面；外反射式圆锥面反射镜设置在圆 柱筒形偏振器内，其反射面与内反射式圆锥面反射镜的反射面位置对应； 外反射式圆锥面反射镜的底面后与底面平行依次设置有入射二分之一波 片、出射二分之一波片和扩束镜，入射二分之一波片或出射二分之一波片 的中心设置有旋转移动部件。所述的外反射式圆锥面反射镜为外圆锥曲面镀反射膜的外圆锥面反 射镜，或反射膜构成的圆锥曲面外反射式反射镜。所述的内反射式圆锥面反射镜为内圆锥曲面镀反射膜的内圆锥面反 射镜，或反射膜构成的圆锥曲面内反射式反射镜。所述的圆柱筒形偏振器为圆柱筒形偏振膜或圆柱曲面壳式偏振元件。 所述的扩束镜为伽利略型扩束镜或开普勒型扩束镜。所述的旋转移动部件为转动式运动步进电机、转动式直流电机、转动 齿轮机构的一种。本发明中入射光束沿光轴(内反射式锥面反射镜、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形偏振器和扩束镜的中心轴向)射向外反射式圆锥面反射镜; 被外反射式圆锥面反射镜反射后，由于外反射式圆锥面反射镜反射锥面与对称光轴成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传播光束经过圆柱筒形偏振器后光束偏振态发生改变，而后经过内反射式锥面反射镜反射 形成矢量圆环形光束，由于外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式 圆锥面反射镜的反射锥面平行，矢量圆环形光束与对称光轴平行，沿对称 光轴传播依次经过入射二分之一波片、出射二分之一波片和扩束镜形成装 置出射的矢量圆环形光束。旋转移动部件与入射二分之一波片或出射二分 之一波片连接，带动其中一个二分之一波片转动，调节入射二分之一波片 和出射二分之一波片的波片光轴夹角，进而调节矢量圆环形光束偏振态， 扩束镜对矢量圆环形光束进行横向尺寸调节。本发明在本质上可以实现非旋转矢量偏振光束向矢量圆环形光束的 转化，系统对入射光束的偏振态无限制，对入射光束要求低，系统应用范 围广*，可以实现矢量圆环形光束输出，使用便利，系统结构简单、稳定性和可靠性高；可以调节矢量圆环形光束的偏振态分布和出射光束横向尺寸，调节方法简单便利。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的矢量圆环形光束一种偏振态分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1， 一种矢量圆环形光束整形装置包括同轴设置的内反射式锥面 反射镜3、外反射式圆锥面反射镜l、圆柱筒形偏振器2和扩束镜6。内 反射式圆锥面反射镜3为圆环形，其内侧壁为反射面，反射角为45度(反 射面与垂直对称轴的平面之间夹角"为45度)；外反射式圆锥面反射镜1 为圆锥形，其外侧壁为反射面，反射角为45度(反射面与垂直对称轴的 平面之间夹角/3为45度)。圆柱筒形偏振器2设置在内反射式圆锥面反 射镜3的中心孔内，其筒壁为偏振工作面，外反射式圆锥面反射镜1设置 在圆柱筒形偏振器2内。外反射式圆锥面反射镜1的底面后依次平行设置有入射二分之一波片4、出射二分之一波片5和扩束镜6。外反射式圆锥面反射镜1的反射锥面与内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面平行，且外 反射式圆锥面反射镜1的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面 均与对称光轴0A成45度夹角。入射光束被外反射式圆锥面反射镜1反 射，形成的径向传播光束，圆柱筒形偏振器2的圆柱曲面与径向传播光束 垂直；径向传播光束经过圆柱筒形偏振器2后被内反射式圆锥面反射镜3 反射形成矢量圆环形光束，入射二分之一波片4和出射二分之一波片5 与对称光轴OA垂直，并且依次位于矢量圆环形光束传播光路上；旋转移 动部件7与出射二分之一波片5相连接，带动出射二分之一波片5转动， 调节入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的波片光轴夹角。外反射式圆锥面反射镜1为反射膜构成的圆锥曲面外反射式反射镜， 内反射式圆锥面反射镜3为反射膜构成的圆锥曲面内反射式反射镜，圆柱 筒形偏振器2为圆柱筒形偏振膜，旋转移动部件7为转动式运动步进电机， 扩束镜6为伽利略型扩束镜。其工作过程为入射光束沿对称光轴OA射向外反射式圆锥面反射镜 1;被外反射式圆锥面反射镜l反射后，由于外反射式圆锥面反射镜l反 射锥面与对称光轴0A成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传 播光束经过圆柱筒形偏振器2后光束偏振态发生改变，而后经过内反射式 锥面反射镜3反射形成矢量圆环形光束，由于外反射式圆锥面反射镜1 的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面平行，矢量圆环形光束 与对称光轴0,02平行，沿对称光轴OA传播依次经过入射二分之一波片4、 出射二分之一波片5和扩束镜6形成装置出射的矢量圆环形光束;旋转移 动部件7与出射二分之一波片5连接，带动出射二分之一波片5转动，调 节入射二分之一波片4和出射二分之一波片5的波片光轴夹角，进而调节 矢量圆环形光束偏振态，扩束镜6对矢量圆环形光束进行横向尺寸调节。 图2为本发明的矢量圆环形光束一种偏振态分布示意图，箭头表示偏振态 方向。
权利要求
1、一种矢量圆环形光束整形装置，包括同轴设置的内反射式锥面反射镜、外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形偏振器和扩束镜，其特征在于内反射式圆锥面反射镜为圆环形，其内侧壁为反射面，反射角为45度；外反射式圆锥面反射镜为圆锥形，其外侧壁为反射面，反射角为45度；圆柱筒形偏振器设置在内反射式圆锥面反射镜的中心孔内，其筒壁为偏振工作面；外反射式圆锥面反射镜设置在圆柱筒形偏振器内，其反射面与内反射式圆锥面反射镜的反射面位置对应；外反射式圆锥面反射镜的底面后与底面平行依次设置有入射二分之一波片、出射二分之一波片和扩束镜，入射二分之一波片或出射二分之一波片的中心设置有旋转移动部件。
2、 如权利要求1所述的一种矢量圆环形光束整形装置，其特征在 于所述的外反射式圆锥面反射镜为外圆锥曲面镀反射膜的外圆锥面反射 镜，或反射膜构成的圆锥曲面外反射式反射镜。
3、 如权利要求1所述的一种矢量圆环形光束整形装置，其特征在 于所述的内反射式圆锥面反射镜为内圆锥曲面镀反射膜的内圆锥面反射 镜，或反射膜构成的圆锥曲面内反射式反射镜。
4、 如权利要求1所述的一种矢量圆环形光束整形装置，其特征在 于所述的圆柱筒形偏振器为圆柱筒形偏振膜或圆柱曲面壳式偏振元件。
5、 如权利要求1所述的一种矢量圆环形光束整形装置，其特征在 于所述的扩束镜为伽利略型扩束镜或开普勒型扩束镜。
6、 如权利要求1所述的一种矢量圆环形光束整形装置，其特征在 于所述的旋转移动部件为转动式运动步进电机、转动式直流电机、转动 齿轮机构的一种。
全文摘要
本发明涉及一种矢量圆环形光束整形装置。现有技术对入射光束要求高，无法实现非旋转矢量偏振光束转化为旋转矢量偏振光束和光束尺寸调节。本发明中入射光束依次经过外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、两平行放置的二分之一波片和扩束镜；光源出射光束被外反射式圆锥面反射镜发射后形成径向传播光束，经过圆柱筒形曲面偏振器后，被内反射式锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，通过旋转移动部件调节两二分之一波片光轴夹角改变偏振态，通过扩束镜改变光束横向尺寸。本发明具有入射光束要求低、圆环形矢量光束输出、光束偏振态和横向尺寸调节便利等优点。
文档编号G02B17/06GK101403823SQ20081012210
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者高秀敏 申请人:杭州电子科技大学