专利名称：旋转矢量偏振光束产生系统的制作方法
技术领域：
本发明与光束产生系统有关，特别是一种旋转矢量偏振光束产生系 统。主要用于激光微加工、光学微操纵、光信息存储、光与物质相互作 用等领域。
背景技术：
旋转矢量偏振光束是指光束横向偏振态呈现旋转的轴对称分布的光 束，由于具有特殊的光束聚焦性质和传播特性，旋转矢量偏振光束在许 多光学系统中具有极为重要的作用，可以应用到光存储系统、显微系统、 平版印刷术，相位移动、激光加工、光镊子技术、超分辨等领域，例如， 旋转矢量偏振光束可应用于光学显微技术中实现超分辨效应，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。旋转矢量偏振光束的产生系统是研究和利用旋转 矢量偏振光束的必备前提条件，引起广泛关注。
目前，产生旋转矢量偏振光的方法有激光谐振腔内部调制方法和光 束干涉方法。激光谐振腔内部调制方法存在系统结构控制参数要求高、
且只能够应用于大尺寸谐振腔激光器的不足；光束干涉方法存在系统结 构复杂、调节不便利、构建难度大等不足。
在现有技术中，有一种可调式矢量光束整形系统可以实现部分旋转 矢量偏振光束的产生，在中国发明专利"可调式矢量光束整形系统"中 有所记载，专利号为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 该专利的技术产生一般形式的旋转矢量偏振光束，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，所以，该技术系统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
干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，入射
光束本身难以得到；2)在先技术系统中存多个机械移动和旋转部件减低 了系统稳定性和可靠性；3)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。
发明内容
本发明要解决的何题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种旋 转矢量偏振光束产生系统，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、系统稳定性和可靠性高、光束偏振 态调节方便、可以调节出射光束横向尺寸等特点。
本发明为解决上述技术问题，采用了如下技术方案-
一种旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是由光源、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、入射二分之 一波片和出射二分之一波片构成，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、入射二分之一波片和出射二分之一波 片依次位于光源出射光束光路上，光源出射光束经过外反射式圆锥面反 射镜反射后形成径向传播光束，圆柱筒形曲面偏振器的圆柱曲面与径向 传播光束垂直，内反射式圆锥面反射镜的反射锥面与外反射式圆锥面反 射镜的反射锥面平行，且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均与出射光束成45度夹角，入射二分之一波片 和出射二分之一波片与出射光束垂直。
作为优选，所述的光源为非相干光源、气体激光器、固体激光器、 染料激光器、自由电子激光器、半导体激光器中的一种。
作为优选，所述的外反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反 射式圆锥面反射镜、反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜中的一种。
作为优选，所述的内反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反 射式圆锥面反射镜、反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜中的一种。
作为优选，所述的圆柱筒形曲面偏振器为圆柱筒形偏振膜、圆柱曲 面壳式偏振元件中的一种。
本发明旋转矢量偏振光束产生系统的工作过程为光源出射光束沿对称光轴传播，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曲面偏振器后光束 偏振态发生改变，而后经过内反射式锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢 量偏振光束，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，旋转矢量偏振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和出射二分之一波片，通过调节入射 二分之一波片和出射二分之一波片光波片波片光轴夹角，可以调节旋转 矢量偏振光束偏振态，调节外反射式圆锥面反射镜和内反射式锥面反射 镜两反射锥面间距可改变出射光束横向尺寸。
本发明具有以下优点或效果1、本质上可以实现非旋转矢量偏振光 束向旋转矢量偏振光束的转化，系统对入射光束的偏振态无限制，对于 入射光束要求低，系统应用范围广；2、系统结构简单、使用便利，非旋 转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化的稳定性和可靠性高；3、生 成的旋转矢量偏振光束的偏振态调节方便；4、可以调节出射光束横向尺 寸。
图1为本发明实施例的示意图。
图2为本发明实施例的三种旋转矢量偏振光束偏振分布示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本 发明的解释，是本发明的比较好的应用形式，而本发明并不局限于以下 实施例。
如图1所示，旋转矢量偏振光束产生系统，由光源1、外反射式圆 锥面反射镜6、圆柱筒形曲面偏振器2、内反射式锥面反射镜3、入射二 分之一波片4和出射二分之一波片5构成，外反射式圆锥面反射镜6、 圆柱筒形曲面偏振器2、内反射式锥面反射镜3、入射二分之一波片4 和出射二分之一波片5同对称光轴0A地依次位于光源出射光束光路上； 光源1出射光束经过外反射式圆锥面反射镜6反射后形成的径向传播光
束，圆柱筒形曲面偏振器2的对称轴与对称光轴0"2重合，并且圆柱曲
面与径向传播光束垂直；外反射式圆锥面反射镜3的反射锥面和内反射
式圆锥面反射镜6的反射锥面平行，且外反射式圆锥面反射镜3反射锥 面和内反射式圆锥面反射镜6两反射锥面均与对称光轴OA成45度夹 角；入射二分之一波片4和出射二分之一波片5与对称光轴0A垂直。
本实施例中光源1为波长为632. 8nm的氦氖气体激光器，外反射式 圆锥面反射镜6为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥面反射镜，内反射式 圆锥面反射镜3为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射镜，圆柱筒形 曲面偏振器2采用圆柱筒形偏振膜，入射二分之一波片4和出射二分之 一波片5采用波长与氦氖气体激光器632. 8nm匹配的BK7玻璃基底二分 之一波片。
本发明旋转矢量偏振光束产生系统的工作过程为光源1出射光束沿 对称光轴OA传播，射向外反射式圆锥面反射镜6;被外反射式圆锥面 反射镜6反射后，由于外反射式圆锥面反射镜6反射锥面与对称光轴OA 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曲 面偏振器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 射形成圆环形旋转矢量偏振光束，由于外反射式圆锥面反射镜6的反射 锥面和内反射式圆锥面反射镜3的反射锥面平行，内反射式圆锥面反射 镜3出射的光束与对称光轴Oi02平行，沿对称光轴0"2传播依次经过入 射二分之一波片4和出射二分之一波片5，通过调节入射二分之一波片4 和出射二分之一波片5波片光轴夹角，可以调节旋转矢量偏振光束偏振 态，调节外反射式圆锥面反射镜6和内反射式锥面反射镜3两反射锥面 间距可改变出射光束横向尺寸。
图2为本发明实施例实现的三种旋转矢量偏振光束偏振分布示意 图，本系统实现非旋转矢量偏振光束向旋转矢量偏振光束的转化，并且 对入射光束要求低、光束偏振态调节方便等优点。
权利要求
1、一种旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是由光源、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、入射二分之一波片和出射二分之一波片构成，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、入射二分之一波片和出射二分之一波片依次位于光源出射光束光路上，光源出射光束经过外反射式圆锥面反射镜反射后形成径向传播光束，圆柱筒形曲面偏振器的圆柱曲面与径向传播光束垂直，内反射式圆锥面反射镜的反射锥面与外反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，且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均与出射光束成45度夹角，入射二分之一波片和出射二分之一波片与出射光束垂直。
2、 根据权利要求1所述的旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是 所述的光源为非相干光源、气体激光器、固体激光器、染料激光器、自 由电子激光器、半导体激光器中的一种。
3、 根据权利要求1所述的旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是 所述的外反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的外反射式圆锥面反射 镜、反射膜构成的圆锥壳曲面外反射式反射镜中的一种。
4、 根据权利要求1所述的旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是 所述的内反射式圆锥面反射镜为圆锥体镀反射膜的内反射式圆锥面反射 镜、反射膜构成的圆锥壳曲面内反射式反射镜中的一种。
5、 根据权利要求1所述的旋转矢量偏振光束产生系统，其特征是 所述的圆柱筒形曲面偏振器为圆柱筒形偏振膜、圆柱曲面壳式偏振元件 中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种旋转矢量偏振光束产生系统，由光源、以及光源出射光束光路上同一对称光轴依次置有的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、入射二分之一波片和出射二分之一波片构成，光源出射光束经过外反射式圆锥面反射镜反射后形成径向传播光束，经过圆柱筒形曲面偏振器改变光束偏振态，而后经过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，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，具有入射光束要求低、系统稳定性和可靠性高、光束偏振态调节方便、可以调节出射光束横向尺寸等特点。
文档编号G02B17/06GK101382663SQ20081012157
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者陈俊志, 高秀敏 申请人:高秀敏;陈俊志