一种径向偏振光产生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于应用光学领域，特别涉及一种应用于光镊技术粒子俘获、超分辨显微、 激光加工、光信息存储的径向偏振光产生装置。
【背景技术】
[0002] 轴对称偏振光束是一种具有轴对称特性的空间变化的线偏振光束，在局部的偏振 态依然为线偏振，但在横截面上不同位置的偏振方位是变化的。基于偏振态分布的不同，提 出了多种形式的轴对称偏振光束，如径向偏振光、角向偏振光和螺旋偏振光等。径向偏振光 是轴对称偏振典型的偏振态，具有轴对称的偏振结构和中空环状的模式分布，在高数值孔 径的透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小的聚焦光斑且有很强的纵向电场分量，在诸 多领域应用中比传统的均匀偏振光束更具有优势。例如操纵粒子、高分辨率成像、切割金 属、电子加速、提高光学存储的密度等。因此，人们非常重视对径向偏振光的研究及应用，如 何简单、快捷的产生高纯度的径向偏振光也得到了充分的发展和深入研究。
[0003] 目前径向偏振光的产生可以分为在腔内法和在腔外法。腔内法是通过在激光谐振 腔内设置具有偏振选择性的光学兀件直接产生轴对称偏振光束，可以产生相对稳定的径向 /角向偏振光，但是大多数要求特殊的制造技术和严密精确的设计。腔外法是谐振腔外转换 实现，然而转换器件通常非常复杂且昂贵。
[0004] 值得注意的是近几年在光波导中激发矢量模式的方法。这类方法使用的光纤可以 是单模光纤或少模光纤，仅支持几个低阶模传输，包括HE 11模和TM Μ模（径向偏振模式）、 TEtll模（角向偏振模式），HE 21模（混合偏振模式）。这种技术可以分为两类。一是利用 偏振选择元件在激光器内部产生所需的光纤模式的直接震荡，例如双锥形棱镜、光子晶体 光栅、全光纤或双折射方解石晶体。二是在光纤内部进行模式转换，通过倾斜入射高斯光 束或者直接以厄米-高斯光束或第一阶拉盖尔-高斯光束为光源入射到光纤，这种方法简 单稳定、消耗低。目前，在行业界已陆续提出了基于两个偏振方向正交的LP 11模式相干叠 加的原理获得矢量光束，如文献 I :Pengfei Ma，Zejin Liu "Generation of azimuthally and radially polarized beams by coherent polarization beam combination，'· J. Opt. Lett. 37, 2658-2660 (2012);文献 2 :Xiaoming Chen, Jintao Bai "Generation of various vector beams based on vector superposition of two orthogonal linearly polarized TEMOlbeams"· J. Opt. Communications. 316, 140-145 (2014)。文献 I 是通过光|禹合器将光源 光束分成两路，分别通过单模光纤与少模光纤错芯对接激励起LP11模式的光束，通过空间 光路方式叠加。文献2是完全利用空间光路叠加产生。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的针对现有的径向偏振光产生方法的不足之处及产生装置类型的稀 少，将光纤模式理论与耦合理论相结合，提出了一种操作简便、结构简单的径向偏振光产生 装直。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] 径向偏振光的产生装置，包括第一光纤、第二光纤、单模激光光源、起偏器、第一光 功率稱合器、第三光纤、第四光纤、第一光纤偏振态调制器和第二光纤偏振态调制器、第二 光功率耦合器、第五光纤、成像装置，第一光纤与第二光纤错位焊接，使得单模激光束在第 二光纤的纤芯中激励起LP 11模式的光束，LP n模式的光在第二光纤传输，传输光经过第一光 功率稱合器平均分配至第三光纤、第四光纤，第一光纤偏振态调制器和第二光纤偏振态调 制器使得第三光纤、第四光纤传输的LP 11模式偏振态互相垂直，第三光纤、第四光纤中传输 的光经过第二光功率耦合器耦合至第五光纤输出径向偏振光，由成像装置探测。
[0008] 所述的第一光纤为单模光纤，第二光纤为少模光纤或双模光纤，只允许基模和LP11 模传输，第三光纤、第四光纤和第五光纤是少模保偏光纤。
[0009] 所述的传输光经过第一光功率耦合器分配至第三光纤、第四光纤的光强比示1:1， 平均分配。
[0010] 所述的第一光功率耦合器和第二光功率耦合器是两个等臂的2X2定向耦合器。
[0011] 所述偏振态调制器置于第一稱合器与第三光纤、第四光纤之间或置于第三光纤、 第四光纤与第二耦合器之间。
[0012] 本发明的有益效果在于：
[0013] 本发明是全光纤器件，只需激励起一束^^模式的光，通过光耦合器将LP11模式的 光分成两路，分别进行偏振态调制，之后通过光耦合器实现两路^^模式光束的叠加，结合 了光纤模式理论与耦合理论，不必搭建空间光路系统，且通过调整偏振控制器可以产生各 种矢量偏振光。
【附图说明】
[0014] 图1 一般轴对称偏振光束的横向电场矢量分布不意图。
[0015] 图2径向偏振光示意图。
[0016] 图3角向偏振光示意图。
[0017] 图4LPn模的四个简并模式示意图，水平方向定义为X方向，垂直方向定义为y方 向。
[0018] 图5两个LP11模叠加产生径向偏振光的原理不意图。
[0019] 图6两个LP11模叠加产生角向偏振光的原理不意图。
[0020] 图7径向偏振光产生装置示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合实施例和附图本发明做进一步说明，但不应因此限制本发明的保护范 围。
[0022] 本发明包括第一光纤1、第二光纤2、第三光纤6、第四光纤7、第五光纤11、起偏器 4、第一光功率稱合器5、第二光功率稱合器10、两个光纤偏振态调制器8和9,第一光纤1与 第二光纤2错位