一种基于DMD产生柱对称矢量光束的装置

本实用新型涉及光学领域，具体为一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置。

背景技术：

柱对称矢量光束由于在光束横截面上偏振方向、相位和光强分布具有轴对称性，这些独特的性质使得柱对称矢量光束相比普通光束而言，在粒子捕获、激光加工、光镊等领域有着重大的潜在应用价值。常见的柱对称矢量光束有径向偏振光束以及角向偏振光束等。

数字微镜器件（dmd），是一种新型的振幅型空间光调制器件,具有较高的分辨率、无偏振选择性、高对比度以及较高的响应速率（60khz）等特点，在光纤通信、大屏幕显示以及光信息处理等多个领域得到了有效的应用。dmd是一种采用电子输入、光学输出的微机电系统的数字调制器件，每个dmd都含有大约200万个独立控制的微镜。在工作期间，dmd控制器为每个微镜的基本储存单元加载一个“1”或“0”信号。通过电压控制微反射镜的对角线两极施加相应的镜像复位脉冲，从而引起每个微镜达到偏转+/-12°的状态。其中，+12°状态对应“开”像素，-12°状态对应“关”像素。通过对每个镜片的开/关占空比进行相应的编程。

现有的柱对称矢量光束产生装置大多借助于相位型空间光调制器（slm），因slm仅对h偏振敏感，刷新频率仅60hz，并且造价昂贵，造成了实验装置复杂，实验成本急剧增加。难以满足一些基本实验和产品应用化。而dmd作为一种新型的振幅型空间光调制器件，具有无偏振选择性、60khz的超快刷新速率和高性价比等特点，能够更好的解决上述问题。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提供了一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置。以解决现有技术中无法采用高刷新率、无偏振选择性、低成本的产生柱对称矢量光的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置，依次包括第一1/2波片、第一偏振分光棱镜、第一反射镜、焦距为f1的第一透镜、焦距为f2的第二透镜、第二反射镜、焦距为f3的第三透镜、焦距为f4的第四透镜、第一小孔、第二1/2波片、第二偏振分光棱镜、第三反射镜、dmd数字微镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第三偏振分光棱镜、焦距为f5的第五透镜、第二小孔、焦距为f6的第六透镜、ccd、第三1/2波片、1/4波片以及第四偏振分光棱镜；入射到第一1/2波片的光束再入射至第一偏振分光棱镜，从第一偏振分光棱镜出射的h光经第一反射镜反射至第一透镜和第二透镜扩束后、由第二反射镜反射到第三透镜和第四透镜进行二次扩束后入射至第一小孔，第一小孔用于截取合适截面大小的光束经第二1/2波片和第二偏振分光棱镜后、使透射的h光入射到dmd数字微镜上，同时通过第三反射镜使反射的v光入射到dmd数字微镜上，第四反射镜用于将经过dmd数字微镜调制后的出射光束分别反射到第五反射镜以及第六反射镜上，其中，从第五反射镜出射的反射光束入射至第三偏振分光棱镜，而从第六反射镜出射的反射光束入射至第七反射镜后、再经第七反射镜反射至第三偏振分光棱镜，第三偏振分光棱镜用于将经第七反射镜反射的v光和第五反射镜反射的h光合束成柱对称矢量光束，合成的柱对称矢量光束经由第五透镜、第二小孔和第六透镜组成的4f系统滤波后输出到ccd。

进一步地，f1，f2，f3，f4，f5和f6均在10mm-1000mm范围内。

进一步的，入射到dmd上的光应为平面光或近平面光。

进一步地，dmd上加载有振幅全息图。

进一步地，由所述第三1/2波片，1/4波片，第四偏振分光棱镜组成stokes测量系统。其中，第三1/2波片的角度为22.5°；1/4波片的角度为0°。

本实用新型的一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置，提出以dmd作为调制器件，利用dmd偏振不敏感的特性，可以对任意的入射光进行调制，一定程度上降低产生矢量光的复杂度。

根据本实用新型的实施例，高斯光束经第一透镜、第二透镜、第三透镜与第四透镜连续扩束为近平面光后，经第二偏振分光棱镜将透射的水平光（h光）与反射的竖直光（v光）入射到dmd上调制后，通过dmd产生携带拓扑荷为的涡旋光束，经第三偏振分光棱镜合束后得到相应的矢量光束。采用stokes测量法，首先用ccd测量总能量分布；然后，在ccd前插入偏振分光棱镜测量得到水平方向能量分布；最后，分别在偏振分光棱镜前插入1/2波片或1/4波片测量得到正45°方向与右旋方向和。最后，通过matlab拟合所产生矢量光束的偏振态分布，从而证实产生的光束即为柱对称矢量光束（cv）。

本实用新型的一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置，可以提供60khz的超快刷新速率的调制装置，可适用于实时检测，高速测量等领域。

通过以下结合附图对本实用新型的最佳实施例的详细说明，本实用新型的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。

图1为本实用新型一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置整体光路结构示意图。

图2为本实用新型一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置dmd上加载的二值振幅全息图。

图3为本实用新型一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置产生的矢量光束的stokes参量以及合成的径向偏振光束和角向偏振光束示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的实施例提供了一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置，依次包括第一1/2波片、第一偏振分光棱镜、第一反射镜、焦距为f1的第一透镜、焦距为f2的第二透镜、第二反射镜、焦距为f3的第三透镜、焦距为f4的第四透镜、第一小孔、第二1/2波片、第二偏振分光棱镜、第三反射镜、dmd数字微镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第三偏振分光棱镜、焦距为f5的第五透镜、第二小孔、焦距为f6的第六透镜、ccd、第三1/2波片、1/4波片以及第四偏振分光棱镜；入射到第一1/2波片的光束再入射至第一偏振分光棱镜，从第一偏振分光棱镜出射的h光经第一反射镜反射至第一透镜和第二透镜扩束后、由第二反射镜反射到第三透镜和第四透镜进行二次扩束后入射至第一小孔，第一小孔用于截取合适截面大小的光束经第二1/2波片和第二偏振分光棱镜后、使透射的h光入射到dmd数字微镜上，同时通过第三反射镜使反射的v光入射到dmd数字微镜上，第四反射镜用于将经过dmd数字微镜调制后的出射光束分别反射到第五反射镜以及第六反射镜上，其中，从第五反射镜出射的反射光束入射至第三偏振分光棱镜，而从第六反射镜出射的反射光束入射至第七反射镜后、再经第七反射镜反射至第三偏振分光棱镜，第三偏振分光棱镜用于将经第七反射镜反射的v光和第五反射镜反射的h光合束成柱对称矢量光束，合成的柱对称矢量光束经由第五透镜、第二小孔和第六透镜组成的4f系统滤波后输出到ccd

参考图1-3，本实用新型提供了一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置，依次包括第一1/2波片1、第一偏振分光棱镜2、第一反射镜3、焦距为f1的第一透镜4、焦距为f2的第二透镜5、第二反射镜6、焦距为f3的第三透镜7、焦距为f4的第四透镜8、第一小孔9、第二1/2波片10、第二偏振分光棱镜12、第三反射镜11、dmd数字微镜13、第四反射镜14、第五反射镜16、第六反射镜15、第七反射镜18、第三偏振分光棱镜17、焦距为f5的第五透镜19、第二小孔20、焦距为f6的第六透镜21、ccd22、第三1/2波片24、1/4波片25以及第四偏振分光棱镜23。一束光入射到第一1/2波片1，经第一偏振分光棱镜2后出射的h光再经第一反射镜3反射至第一透镜4和第二透镜5扩束后，由第二反射镜6反射到第三透镜7和第四透镜8进行二次扩束，通过第一小孔9截取合适截面大小的光束经第二1/2波片10和第二偏振分光棱镜12后，将透射的h光入射到dmd数字微镜13上，同时用第三反射镜11将反射的v光入射到dmd数字微镜13上，由第四反射镜14将经过dmd数字微镜13调制后的出射光束分别反射到第五反射镜16以及第六反射镜15上，用第三偏振分光棱镜17将经第七反射镜18反射的v光和第五反射镜16反射的h光合束成柱对称矢量光束，合成的柱对称矢量光束经第五透镜19、第二小孔20和第六透镜21组成的4f系统滤波后输出到ccd22。

其中，所述第一1/2波片1与第一偏振分光棱镜2可组成调能模块，通过旋转第一1/2波片1的角度控制系统能量；所述的第一反射镜3与第二反射镜6可将入射的光束调节到水平位置；所述的第一透镜3与第二透镜4之间的距离为f1+f2；所述的第三透镜7与第四透镜8之间的距离为f3+f4；所述的第二1/2波片10的角度为22.5°，使得所述第二偏振分光棱镜(12)透射端的水平光（h光）与反射端的竖直光（v光）的能量相等；反射端v光经所述第三反射镜11接出后与透射端h光重合入射到dmd13中，其中，需要注意的是所述第三反射镜11应距第二偏振分光棱镜12尽可能近；经dmd13调制的光束由所述第四反射镜14接出后，经第五反射镜16，第六反射镜15，第七反射镜18后，在第三偏振分光棱镜17上合束，另外，应当注意的是需要先调节所述的第四反射镜14与第五反射镜16将h光校准后，再调节所述第六反射镜15与第七反射镜18将v光校准；通过由所述第五透镜19，第二小孔20与第七透镜21组成的4f系统滤波后，经stokes测量系统，由所述ccd22采集能量信息；其中，所述第五透镜19与第六透镜21之间的距离为f5+f6。

激光器产生的高斯光束经扩束渐变为近平面光后，将h光与v光分别入射到dmd上，经过dmd上加载的二值振幅全息图调制后输出。

图１给出了本实用新型一种基于dmd产生柱对称矢量光束的装置整体光路结构示例示意图。

如图1所示，上述矢量光束产生装置依次包括第一1/2波片1、第一偏振分光棱镜2、第一反射镜3、焦距为f1的第一透镜4、焦距为f2的第二透镜5、第二反射镜6、焦距为f3的第三透镜7、焦距为f4的第四透镜8、第一小孔9、第二1/2波片10、第二偏振分光棱镜12、第三反射镜11、dmd数字微镜13、第四反射镜14、第五反射镜16、第六反射镜15、第七反射镜18、第三偏振分光棱镜17、焦距为f5的第五透镜19、第二小孔20、焦距为f6的第六透镜21、ccd22、第三1/2波片24、1/4波片25以及第四偏振分光棱镜23。

高斯光束经第一透镜4、第二透镜5、第三透镜7与第四透镜8连续扩束后为近平面光，经第二偏振分光棱镜12后将透射的h光与反射的v光入射到dmd13上，其中，dmd13上加载的二值振幅全息图如图2所示。

通过dmd13产生携带拓扑荷为的涡旋光束，经第三偏振分光棱镜17合束后得到矢量光束（如图3所示）。利用上述stokes测量法，对所述光束的偏振特性进行测量。首先用ccd22测量总能量分布；然后，在ccd22前插入第四偏振分光棱镜23测量得到水平方向；最后，分别在第四偏振分光棱镜前插入第三1/2波片24或1/4波片25测量得到正45°方向与右旋方向和。如图3所示，为拓扑荷为的涡旋光束通过试实验测量得到的stokes参量以及matlab拟合的偏振分布图，其中，上半边表示径向偏振光束；下半边表示角向偏振光束。从而证实产生的光束即为柱对称矢量光束（cv）。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。