一种用于产生角向偏振光的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光技术领域，特别是一种用于产生角向偏振光的装置。
【背景技术】
[0002] 角向偏振光是一种特殊的偏振光，其偏振方向沿着光束横截面的角向分布，如图1 所示。在光束中心由于存在偏振奇点，因此，光束中心强度为零。低阶的角向偏振光一般呈 现出环状的强度分布。角向偏振光的特殊强度和偏振分布使其可以用于打孔、粒子引导、粒 子捕获与囚禁、表面等离子体激励和近场扫描显微等应用中。因此，方便地获得角向偏振光 成为人们追求的目标。
[0003]目前已经发展起来各种获得角向偏振光的方法，主要有腔内法和腔外法。腔内法 是在激光谐振腔中设置光栅、金属锥或双折射晶体等偏振选择元件使激光器能直接输出角 向偏振光，其装调复杂。腔外法主要通过激励波导的高阶模式、相干合成和液晶扭转等方 法，将线偏振光或圆偏振光转化为角向偏振光，这些方法装调复杂，抗失调能力差，而且成 本高。在圆偏振光转化为角向偏振光的过程中，要么需要角向偏振器和涡旋相位片配合使 用，要么需要采用非均匀的相位光栅。这些方法不是采用的元件太多就是设计和制作工艺 复杂。 【实用新型内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种元件少、装调简单、可靠性高的用于产 生角向偏振光的装置。
[0005] 对于本实用新型用于产生角向偏振光的装置来说，上述技术问题是这样解决的： 包括激光器和V4波片，还包括圆形金属光栅镜，所述圆形金属光栅镜包括基底和一组圆环 栅线，一组所述圆环栅线同心设于基底表面，所述V4波片设置于激光器出光口与圆形金属 光栅镜之间，所述V4波片和圆形金属光栅镜的中心位于激光器的光轴线上。
[0006] 进一步的，所述圆形金属光栅镜的法线与光轴形成夹角，所述夹角在0°到5°之间。
[0007] 进一步的，还包括扩束镜，所述扩束镜设置于激光器和A/4波片之间。
[0008] 进一步的，还包括镜夹和压环，所述圆形金属光栅镜通过压环固定在镜夹内。
[0009] 进一步的，所述镜夹内设有冷却通道，所述冷却通道内循环流动有冷却剂。
[0010] 进一步的，所述圆形金属光栅镜最中心的圆环栅线的内径小于十倍激光波长。
[0011] 进一步的，所述圆形金属光栅镜的光栅周期小于激光波长。
[0012] 进一步的，所述圆形金属光栅镜的光栅占空比为40%~60%。
[0013] 本实用新型的有益效果是:采用表面设有同心圆环栅线的圆形金属光栅镜作为偏 振转换元件，可得到角向偏振光。系统使用的元件少，调整方便，具有结构简单、适用性广、 可靠性高等特点。镜夹由铝制成并阳极化处理，同时在镜夹内设冷却通道，可以吸收圆形金 属光栅镜透过的激光和圆形金属光栅镜传导的热量。圆形金属光栅镜最中心的圆环栅线的 内径小于十倍激光波长，保证了出射激光有较高的偏振度。圆形金属光栅镜的周期小于激 光波长，仅有零阶衍射，这样可防止产生高阶衍射，提高转化效率。
【附图说明】
[0014]图1为角向偏振光示意图；
[0015]图2为本实用新型的结构不意图；
[0016]图3为圆形金属光栅镜俯视图；
[0017]图4为图3的部分径向剖视图；
[0018] 图中：1 一激光器，2-扩束镜，3-X/4波片，4一圆形金属光栅镜，5-镜夹，6-压 环，7-冷却通道，8-圆环栅线，9一基底。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新 型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的 技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]如图2所示，本实用新型用于产生角向偏振光的装置包括激光器1、扩束镜2、A/4波 片3和圆形金属光栅镜4。激光器1、扩束镜2、A/4波片3和圆形金属光栅镜4的圆心位于同一 光轴线上。圆形金属光栅镜4设于镜夹5内，通过压环6固定。本实施例将圆形金属光栅镜4放 置于镜夹5中，压环6和镜夹4通过螺纹装配，通过压环6旋入镜夹5将圆形金属光栅镜4固定。 其中，激光器1为线偏振激光器，激光器1类型可以是气体激光器也可以是固体激光器。扩束 镜2为普通双透镜扩束镜，既可以是伽利略型也可以是开普勒型。A/4波片3为普通商用波 片，该波片与激光辐射波长对应，可以对激光产生V4的相位延迟。镜夹5为阳极化的铝质材 料，可吸收圆形金属光栅镜4透过的激光。镜夹5内设有冷却通道7,冷却通道7内循环流动有 水或油等冷却剂，可以将圆形金属光栅镜4和镜夹5吸收激光产生的热量带走。
[0021] 如图3和4所示，圆形金属光栅镜4包括基底9和一组圆环栅线8,圆环栅线8同心布 置于基底9表面，任意相邻圆环栅线8的直径差值相同。其中，圆形金属光栅镜4的镜面直径 为小：，光栅区直径为巾 2,镜子中心无光栅的区域直径（即最里层圆环栅线8的内径)为小3。 光栅区直径为巾2应大于入射激光光斑直径的1.5倍。镜子中心无光栅区域直径为巾 3应小于 10倍激光波长，以保证系统具有较高的转化效率和出射激光具有较高的偏振度。本实施例 提供圆形金属光栅镜4上的圆环栅线8为金属材质，该金属环带材料既可以是金也可以是 铜，而基底材料为对激光的透射材料。圆环栅线8同心设置于基底9表面。金属栅线8先镀膜， 再经过制作掩膜、刻蚀和去胶制作而成，也可以先做掩膜再镀金属膜，最后采用剥离工艺获 得。圆环栅线8的剖面可以是矩形、梯形、正弦形或三角形等。圆形金属光栅镜4为亚波长光 栅，即光栅周期T小于激光波长，以防止产生高阶衍射，提高转化效率，仅获得零阶衍射。光 栅深度h为普通镀金工艺采用的标准膜厚，光栅占空比f?约为40%至60%。
[0022] 激光器1出射的线偏振光经扩束镜2扩束后，再由主轴与线偏振光偏振方向呈45° 的入/4波片转化为圆偏振光，圆偏振光再以很小的角度(〇<0< 5°)倾斜入射到圆形金属光 栅镜上，圆偏振光与光栅同心。圆偏振光一般可以认为是具有祸旋相位的角向偏振和径向 偏振光混合而成的，如左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别可以由以下两式表不： 五舰= -/￡；,__；)，其中UPEaz分别为径向和角向偏 振光分量，炉:为极角。而圆形金属光栅镜具有对角向偏振的反射率很高的特性，其物理机制 在于在小角度入射下，圆偏振光将激励起金属栅线中的电子沿着栅线方向振动，电子振动 辐射出与本地栅线方向相同的线偏振光，反射光即为角向偏振光。值得注意的是采用这种 方法获得的角向偏振光具有涡旋相位，涡旋相位的旋向与入射的圆偏振光的旋向一致。通 过合理的光栅结构设计，可保证径向偏振光具有较高的透射率。这样可以提高角向偏振光 的偏振纯度，最后，透过圆形金属光栅镜的部分激光可以被镜夹吸收，产生的热量可由镜夹 的冷却通道中的冷却剂带走。
[0023]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于产生角向偏振光的装置，包括激光器（1)和λ/4波片（3)，其特征在于:还包 括圆形金属光栅镜(4)，所述圆形金属光栅镜(4)包括基底(9)和一组圆环栅线(8)，一组所 述圆环栅线（8)同心设于基底(9)表面，所述λ/4波片（3)设置于激光器（1)出光口与圆形金 属光栅镜(4)之间，所述λ/4波片（3)和圆形金属光栅镜(4)的中心位于激光器（1)的光轴线 上。2. 如权利要求1所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:所述圆形金属光栅镜 (4)的法线与光轴形成夹角，所述夹角在0°到5°之间。3. 如权利要求1所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:还包括扩束镜(2)，所 述扩束镜(2)设置于激光器(1)和λ/4波片(3)之间。4. 如权利要求1所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:还包括镜夹（5)和压 环(6)，所述圆形金属光栅镜(4)通过压环(6)固定在镜夹(5)内。5. 如权利要求4所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:所述镜夹(5)内设有 冷却通道(7)，所述冷却通道(7)内循环流动有冷却剂。6. 如权利要求4所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:所述圆形金属光栅镜 (4)最中心的圆环栅线(8)的内径小于十倍激光波长。7. 如权利要求4所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:所述圆形金属光栅镜 (4)的光栅周期小于激光波长。8. 如权利要求1-7任意一条所述的用于产生角向偏振光的装置，其特征在于:所述圆形 金属光栅镜(4)的光栅占空比为40%~60%。
【专利摘要】本实用新型涉及激光技术领域，特别是一种用于产生角向偏振光的装置。包括激光器和λ/4波片，还包括圆形金属光栅镜，所述圆形金属光栅镜包括基底和一组圆环栅线，一组所述圆环栅线同心设于基底表面，所述λ/4波片设置于激光器出光口与圆形金属光栅镜之间，所述λ/4波片和圆形金属光栅镜的中心位于激光器的光轴线上。采用上面设有同心圆环栅线的圆形金属光栅镜作为偏振转换元件，可得到角向偏振光，系统使用的元件少，调整方便，具有结构简单、适用性广、可靠性高等特点。
【IPC分类】H01S3/10, H01S3/04
【公开号】CN205355523
【申请号】CN201521065233
【发明人】赵江, 杨扬, 唐霞辉, 魏世星
【申请人】武汉光谷科威晶激光技术有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月17日