轴锥体、光学谐振腔及激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学技术领域，特别涉及一种轴锥体、光学谐振腔及激光器。
【背景技术】
[0002] 偏振是光的基本特征之一，常见偏振光有线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光以及径 向偏振光，由于径向偏振光具有完美的轴对称分布特性，使得它与线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光相比有着很多显著不同的特性。如径向偏振光具有沿光轴对称的电场分布以及中 空的圆环形的光束结构；径向偏振光在高数值透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小焦 斑，比线偏振、圆偏振、椭圆偏振的聚焦光斑小的多，而且在焦点区域的纵向电场变的非常 强；径向偏振光只有横向的磁场和沿轴纵向的电场；径向偏振光是偏振本征态，在c切向晶 体中传播时，不会发生串扰。近年来，径向偏振光的这些特性得到了很多的应用。如在引导 和捕捉粒子、粒子加速、提高显微镜的分辨率、金属切割以及提高存储密度等方面，随着人 们对径向偏振光的不断深入的认识，它将在越来越多的领域得到应用。
[0003] 世界上第一束径向偏振光是由日本的Y.Mushiake在1972年通过实验获取；国内 第一束径向偏振光是由中国科学院高能物理研究所的庄杰佳利用四块扇形的半玻片胶合 而成的光学元器件产生。近10年来，科研人员纷纷寻找各种有效的方法来产生径向偏振 光。径向偏振光的产生方法分两类，即腔内法和腔外模式转化法。通过腔内方法产生径向 偏振光的有：JianlangLi等人在光纤激光器中用双重圆轴棱镜来产生径向偏振光；Inon Moshe等人采用在激光腔内热致双焦点的位置上放置小孔的方式来选择偏振的模式；Ram Oron等人在激光腔内用不连续的位相器件来产生径向偏振光；A.V.Nesterov等人在腔内 放置具有轴向偏振选择性亚波长衍射来产生径向偏振光。
[0004] 上述对现有的激光器进行腔内改造设计产生径向偏振光是一项复杂的技术工程， 对于工程技术人员来说，比较可行的方法是在激光腔外使用某种光学器件进行外部转化。 I.J.Cooper、S.Quabis等人利用4块扇形半波片组成一个圆形光器件来产生近似的径向 偏振光；G.Machavariani等人则利用8快半波片进行改进，产生趋于完美的径向偏振光； C.Steve等人利用干涉仪相干叠加两束偏振方向相互垂直的线偏振光来产生径向偏振光； M.Stalder利用扭转向列液晶偏振转换器产生径向偏振光。上述产生径向偏振光的方法仍 较复杂，成本也较高，本发明将提供另一种有效易实施的产生径向偏振光的方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种结构简洁、易于制造的轴锥体，用于激光谐振腔中产 生径向偏振光。
[0006] 本发明是这样实现的，一种轴锥体，为圆锥状的晶体轴锥体，包括锥面及底面，所 述锥面与底面之间的夹角e满足：平行于所述轴锥体的中心轴传输的光经所述锥面入射 至轴锥体内部后，能够在所述底面发生全反射，并且满足：光经所述锥面射入及射出时，其 平行分量的反射率均小于或等于〇. 5%。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种激光谐振腔，包括激光输出镜及所述的轴锥体， 所述激光输出镜与所述轴锥体的底面平行，所述激光输出镜与所述轴锥体形成法布里-珀 罗谐振腔。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种激光器，包括上述的激光谐振腔。
[0009] 本发明利用全反射原理及光在介质与空气中传播的光学原理，对轴锥体的底角e 进行限定，使入射光在轴锥体的底面上发生全反射以避免平行分量在底面产生透射损耗， 同时通过对底角的限定使光经过轴锥体的锥面入射及出射时，其平行分量的反射损耗均在 0. 5%以内，进而使入射光每经过一次轴锥体，其平行分量的损耗远远小于垂直分量的损耗， 且不大于1%，引起平行分量光子在腔内振荡放大形成径向偏振激光。该轴锥体结构简洁，便 于设计制造，成本低，能够有效选择平行分量光子以形成腔内振荡，适合本领域工程技术人 员实施，适合用于产生径向偏振光的设备中。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明实施例提供的轴锥体的结构示意图；
[0011] 图2是本发明实施例提供的光入射Nd:YAG介质表面的光路图；
[0012] 图3是本发明实施例提供的光在轴锥体内外的传播路径示意图；
[0013] 图4是本发明实施例提供的光入射轴锥体的入射角与入射底面的入射角的关系 曲线；
[0014] 图5是本发明实施例提供的光从轴锥体第一锥面入射时平行分量和垂直分量的 反射率与底角e的关系曲线；
[0015] 图6是本发明实施例提供的光从轴锥体第一锥面入射时平行分量和垂直分量的 透射率与底角0的关系曲线；
[0016] 图7是本发明实施例提供的光从轴锥体第二锥面射出时平行分量和垂直分量的 反射率与底角e的关系曲线；
[0017] 图8是本发明实施例提供的光从轴锥体第二锥面射出时平行分量和垂直分量的 透射率与底角0的关系曲线；
[0018] 图9是本发明实施例提供的激光谐振腔的结构示意图(一）；
[0019] 图10是本发明实施例提供的激光谐振腔的结构示意图(二)。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0021] 以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
[0022] 图1示出了本发明实施例提供的轴锥体的结构示意图，图2示出了光入射Nd:YAG 介质表面的光路图，图3示出了光在轴锥体内外的传播路径示意图，为了便于说明，仅示出 了与本实施例相关的部分。
[0023] 本发明实施例提供的轴锥体用于对入射光进行平行分量的选择，进而形成径向偏 振光，该轴锥体为圆锥状的晶体轴锥体，该晶体可以是激光增益晶体，也可以是非增益晶 体，包括锥面及底面，根据轴锥体的材质对该轴锥体的底角进行限定，可以对入射光的平行 分量进行选择以形成径向偏振光，以下提供一种具体的实现方式：参考图1，该轴锥体1由 钇铝石榴石（YAG)晶体或掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG)晶体加工而成，轴锥体1的形状为等腰 三角形以其中轴线为轴旋转一周形成的圆锥状，其包括底面11和锥面12。进一步参考图2， 图中S(i)为入射光，S(rt为反射光，S(t)为透射光，轴锥体1的材质为YAG或Nd:YAG，YAG和 Nd:YAG的折射率十分接近，均按1. 82计，根据菲尼尔公式得出的光从空气进入YAG或Nd: YAG介质发生折射和反射时的透射率和反射率的公式如下所示：
【主权项】
1. 一种轴锥体，其特征在于，为圆锥状的晶体轴锥体，包括锥面及底面，所述锥面与底 面之间的夹角0满足：平行于所述轴锥体的中也轴传输的光经所述锥面入射至轴锥体内 部后，能够在所述底面发生全反射，并且满足：光经所述锥面射入及射出时，其平行分量的 反射率均小于或等于0. 5%。
2. 如权利要求1所述的轴锥体，其特征在于，所述晶体轴锥体为YAG或Nd ;YAG轴锥体， 所述锥面与底面之间的夹角0为=62.496° -2'《0《65.61° +2'。
3. 如权利要求2所述的轴锥体，其特征在于，所述锥面与底面之间的夹角0为： 62. 496°《0《65. 61°。
4. 如权利要求2所述的轴锥体，其特征在于，所述锥面与底面之间的夹角0为： 62.496。 -2'《0《65.61。-2'。
5. 如权利要求2所述的轴锥体，其特征在于，所述锥面与底面之间的夹角0为： 62.496。 +2'《0《65.61。+2'。
6. 如权利要求2所述的轴锥体，其特征在于，所述锥面与底面之间的夹角0为： 62.496。 +2'《0《65.61。-2'。
7. -种激光谐振腔，其特征在于，包括激光输出镜及权利要求1至6任一项所述的轴 锥体，所述激光输出镜与所述轴锥体的底面平行，所述激光输出镜与所述轴锥体形成法布 里-巧罗谐振腔。
8. 如权利要求7所述的激光谐振腔，其特征在于，当所述轴锥体为非增益晶体轴锥体 时，所述激光谐振腔还包括设于所述轴锥体与所述激光输出镜之间的增益介质。
9. 一种激光器，其特征在于，包括权利要求7或8所述的激光谐振腔。
10. 如权利要求9所述的激光器，其特征在于，当所述激光谐振腔中的轴锥体为非增益 晶体轴锥体时，于所述增益介质的侧面设有粟浦源；当所述激光谐振腔中的轴锥体为增益 晶体轴锥体时，于所述轴锥体的底面中也处设有粟浦源。
【专利摘要】本发明适用于光学技术领域，提供了一种轴锥体，为圆锥状的晶体轴锥体，包括锥面及底面，锥面与底面之间的夹角θ满足：平行于轴锥体的中心轴传输的光经锥面入射至轴锥体内部后，能够在底面发生全反射，并且满足：光经锥面射入及射出时，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。本发明利用全反射原理及光在介质与空气中传播的光学原理，对轴锥体的底角θ进行限定，使入射光在轴锥体的底面发生全反射，同时将平行分量在轴锥体的锥面上的反射损耗限制为1%以内，引起平行分量光子在腔内振荡放大形成径向偏振激光。该轴锥体结构简洁，能够有效选择平行分量光子以形成腔内振荡，适合用于产生径向偏振光的设备中。
【IPC分类】H01S3-08
【公开号】CN104577680
【申请号】CN201310484976
【发明人】肖磊, 赵建涛, 郭炜, 杨锦彬, 宁艳华, 高云峰
【申请人】大族激光科技产业集团股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月16日