专利名称：基于光折变效应的光束波前相位控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种波前相位控制装置，特别是一种基于光折变效应的光束波前相位控制装置，主要用于光学性质评估、光学信息传播、像差补偿、光存储、光学加工、光学微操纵、显微成像等领域。技术背景
对光束波前相位调控广泛存在于光学性质评估、光学信息传播、像差补偿、光存储、光学加工、光学微操纵、显微成像等领域。在光存储领域中，光盘物镜聚焦特性直接影响信息存储密度和存储质量，光盘物镜聚焦特性与系统中光束波前相位有关，调节波前相位可以改变焦点区域光强分布，选择适当的波前相位可以减小光斑横向尺寸，即可以增加光信息存储密度，同时也可以增加焦深降低了系统伺服难度。在光学微操纵领域中，光场中微小颗粒受到光梯度力和光散射力作用，光梯度力分布与系统入射光束波前相位分布关系十分密切，通过调节波前相位分布可以显著改变光梯度力和光学动量分布，形成灵活的所需光对颗粒的作用场分布。发展光束波前相位调控技术对多领域具有巨大推动作用。在先技术中有一种光束波前相位调控装置，(参见中国发明专利"反射式
相位型焦点区域光强分布调节系统"，专利号ZL200410018421.3)。该系统在实现光束波前相位控制时具有相当的优点，但是，仍然存在一些不足1)系统中通过反射镜移动调节入射光束波前相位分布，而反射镜加工成型后，反射面随即确定而无法调节，致使实现光束波前相位控制时灵活性差；2)需要机械移动部件带动反射镜轴向移动调节波前相位分布，系统结构复杂，机械定位要求高，同时，由于反射镜镜面形状不可调节，无法实现光束波前相位控制的横向连续调节。发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于光折变效应的光束波前相位控制装置，具有无机械移动部件、光束波前相位控制灵活性好、可实现相位连续调节、相位分布可控程度高、系统简单、易于集成、应用范围广泛等特点。
本实用新型包括被调控光束光源、被调控光束扩束整形器、光谱分光镜、光折变材料相位板、光强调节器、写入光束扩束整形器、写入光 束光源；被调控光束光源出射被调控光束光路上依次设置有被调控光束 扩束整形器、光谱分光镜、光折变材料相位板；写入光束光源出射写入 光束光路上依次设置有写入光束扩束整形器、光强调节器；写入光束经 过光强调节器后射向被调控光束光路和光谱分光镜的交点处，光谱分光 镜的分光面设置在出射被调控光束方向和写入光束方向的角平分线上， 光谱分光镜的分光面对入射的被调控光束透过率大于75%，光谱分光镜的 分光面对写入光束的反射率大于75%。
所述的被调控光束光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、 液体激光器中的一种。
所述的被调控光束扩束整形器为伽利略型扩束整形器、开普勒型扩 束整形器中的一种。
所述的写入光束光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、 液体激光器中的一种。
所述的写入光束扩束整形器为伽利略型扩束整形器、开普勒型扩束 整形器中的一种。
所述的光强调节器为光阑、振幅型光强调节器、液晶光调制器、电 子墨水光调制器的一种。
所述的光折变材料相位板为铌酸锂相位板、钛酸锂相位板、光折变 液晶层、聚合物光折变材料相位板中的一种。
本实用新型装置的工作过程为写入光束光源发出的写入光束经过写 入光束扩束整形器的扩束整形射向光强调节器；光强调节器对入射写入 光束的光强分布进行调节，形成与所需波前相位分布对应的光强分布， 光强调节器出射的写入光束经过光谱分光镜反射后，射向光折变材料相 位板；由于光折变材料相位板为具有光折变效应的材料，在写入光束照 射下发生光折变现象，导致光折变材料相位板的折射率分布随写入光束 的光强分布变化，形成所需折射率分布；此时关掉写入光束光源；打开 被调控光束光源，被调控光束光源出射光束经过被调控光束扩束整形器 的扩束整形后，再经过光谱分光镜射向光折变材料相位板，由于光折变 材料相位板的折射率分布已经受到写入光束的光强分布调控，故当被调 控光束经过具有一定折射率分布的光折变材料相位板时，光束波前相位 得到了调控；装置中通过光强调节器改变光折变材料相位板的折射率分 布，可以很容易调控被调控光束光源发射出的被调控光束光束波前相位 分布。与现有技术相比，本实用新型的优点
1) 将光折变效应应用到光束波前相位控制装置，利用写入光束改变 光折变材料的光学折射率参数，被调节光束经过光折变材料，其波前相 位分布发生相应变化，光束波前相位分布调控装置中无机械移动部件， 系统简单，系统稳定性好；
2) 光折变材料折射率参数分布与写入光束光强分布相关联，由于光 束光强分布调节灵活性好，以致本实用新型中光束波前相位控制灵活性 好、可实现相位连续调节、相位分布可控程度高；
3) 本系统很容易被集成到其他光学系统中，实现光束波前相位控制， 具有易于集成，适用范围广泛的特点。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，基于光折变效应的光束波前相位控制装置包括被调控 光束光源1、被调控光束扩束整形器2、光谱分光镜3、光折变材料相位 板4、光强调节器5、写入光束扩束整形器6、写入光束光源7。
被调控光束光源1出射被调控光束光路上依次设置有被调控光束扩 束整形器2、光谱分光镜3、光折变材料相位板4;写入光束光源7出射 写入光束光路上依次设置有写入光束扩束整形器6、光强调节器5;写入 光束经过光强调节器5后射向被调控光束光路和光谱分光镜3的交点处， 光谱分光镜3的分光面设置在出射被调控光束方向和写入光束方向的角 平分线上，光谱分光镜3的分光面对入射的被调控光束透过率大于75%， 光谱分光镜3的分光面对写入光束的反射率大于75%。
被调控光束光源1为氦氖气体激光器，被调控光束扩束整形器2为 伽利略型扩束整形器，写入光束光源7为氩离子气体激光器，写入光束 扩束整形器6为开普勒型扩束整形器，光强调节器5为液晶光调制器， 光折变材料相位板4为铌酸锂相位板，光谱分光镜3的分光面对入射的 被调控光束透过率为90%，光谱分光镜3的分光面对写入光束的反射率为 90%。
本实用新型装置的工作过程为写入光束光源7发出的写入光束经过 写入光束扩束整形器6的扩束整形射向光强调节器5;光强调节器5对入 射写入光束的光强分布进行调节，形成与所需波前相位分布对应的光强 分布，光强调节器5出射的写入光束经过光谱分光镜3反射后，射向光折变材料相位板4;由于光折变材料相位板4为具有光折变效应的材料，
在写入光束照射下发生光折变现象，导致光折变材料相位板4的折射率 分布随写入光束的光强分布变化，形成所需折射率分布；此时关掉写入
光束光源7;打开被调控光束光源l，被调控光束光源1出射光束经过被
调控光束扩束整形器2的扩束整形后，再经过光谱分光镜3射向光折变 材料相位板4，由于光折变材料相位板4的折射率分布已经受到写入光束 的光强分布调控，故当被调控光束经过具有一定折射率分布的光折变材 料相位板4时，光束波前相位得到了调控；装置中通过光强调节器5改 变光折变材料相位板4的折射率分布，可以很容易调控被调控光束光源1 发射出的被调控光束光束波前相位分布。本实施例成功地实现了基于光 折变效应的光束波前相位控制。
权利要求1、基于光折变效应的光束波前相位控制装置，包括被调控光束光源、被调控光束扩束整形器、光谱分光镜、光折变材料相位板、光强调节器、写入光束扩束整形器、写入光束光源，在特征在于被调控光束光源出射被调控光束光路上依次设置有被调控光束扩束整形器、光谱分光镜、光折变材料相位板；写入光束光源出射写入光束光路上依次设置有写入光束扩束整形器、光强调节器；写入光束经过光强调节器后射向被调控光束光路和光谱分光镜的交点处，光谱分光镜的分光面设置在出射被调控光束方向和写入光束方向的角平分线上，光谱分光镜的分光面对入射的被调控光束透过率大于75％，光谱分光镜的分光面对写入光束的反射率大于75％。
2、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置， 其特征在于所述的被调控光束光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。
3、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置，其特征在于所述的被调控光束扩束整形器为伽利略型扩束整形器、开普勒型扩束整形器中的一种。
4、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置，其特征在于所述的写入光束光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。
5、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置，其特征在于所述的写入光束扩束整形器为伽利略型扩束整形器、开普勒型扩束整形器中的一种。
6、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置，其特征在于所述的光强调节器为光阑、振幅型光强调节器、液晶光调制器、电子墨水光调制器的一种。
7、 如权利要求1所述的基于光折变效应的光束波前相位控制装置，其特征在于所述的光折变材料相位板为铌酸锂相位板、钛酸锂相位板、光折变液晶层、聚合物光折变材料相位板中的一种。
专利摘要本实用新型涉及基于光折变效应的光束波前相位控制装置。现有技术系统结构复杂、机械定位要求高、相位控制灵活性差。本实用新型中将光折变效应应用到光束波前相位控制装置，通过光谱分光镜将写入光束和被调节光束共光路上射向光折变材料相位板，利用写入光束改变光折变材料相位板的光学折射率参数，被调节光束经过光折变材料相位板，其波前相位分布发生相应变化，实现基于光折变效应的光束波前相位控制。本实用新型具有无机械移动部件、系统简单、系统稳定性好、相位控制灵活性好、易于集成，适用范围广泛等特点。
文档编号G02F1/01GK201429750SQ20092012443
公开日2010年3月24日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者高秀敏 申请人:杭州电子科技大学