一种用于选择角向偏振的v形与w形组合镜结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种用于选择角向偏振的V形与W形组 合镜结构。
【背景技术】
[0002] 角向偏振光是一种环状光束，环上任一点的偏振方向均垂直于径向，对激光器输 出的激光束进行处理可以得到角向偏振光。由于角向偏振光的特殊偏振矢量结构，使其在 很多领域得到了应用。在科学研宄领域，角向偏振光可用于引导原子。在强聚焦下，角向偏 振光也可以作为"光镊子"实现对粒子捕获。角向偏振光还可以用于双光子荧光成像，突破 衍射极限，提高分辨率。在工业加工领域，角向偏振光可用于打孔和焊接，以提高打孔和焊 接深度；角向偏振光也可通过外光学系统转换而变成径向偏振光，以提高切割速度和加工 质量。
[0003] 目前，角向偏振光的产生分为被动和主动两种方式。被动的方式主要采用组合波 片、光栅等元件对激光器产生的线偏振光作空间重排，或使用一对偏振正交的TEM tll光束相 干叠加得到。主动方式一般采用双折射晶体或圆形光栅镜等偏振选择性元件在激光谐振腔 中实现角向偏振光的振荡输出。相比于被动方法，主动方法转化效率高，可以实现高功率输 出。实验研宄表明，采用主动方法得到角向偏振光，仅需要偏振选择器件对S偏振光的反射 率至少比P偏振光的反射率高4%，就可以得到高纯度的角向偏振光。但是由于双折射晶体 的产生方法需要配合小孔选模等其他技术，实现起来稳定性差，得到的角向偏振光偏振纯 度不高；而光栅镜设计制作复杂，价格比较昂贵。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的就是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提供一种结构简单、 成本低的用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，应用于激光器时能够产生高纯度的 角向偏振光。
[0005] 本实用新型采用的技术方案是：一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构， 包括固定在一起以光轴为中心旋转对称布置的环状V形锥镜和W形锥镜，所述V形锥镜中 心开有入射孔，所述V形锥镜的反射面由外锥面和内锥面组成，所述W形锥镜的反射面由位 于中央区域的外锥反射面和外周区域的内锥反射面组成，所述外锥面和内锥面分别与内锥 反射面相对布置，所述外锥面、内锥面、外锥反射面和内锥反射面形成内部中空的多次反射 组合结构，所述外锥面、内锥面、外锥反射面和内锥反射面的锥角均为90°。
[0006] 进一步地，所述外锥面、内锥面、内锥反射面和外锥反射面上分别镀有金膜。
[0007] 进一步地，所述W形锥镜的外锥反射面与内锥反射面的交接处设有环形平面。
[0008] 进一步地，所述过渡区域为垂直于光轴的环形平面。
[0009] 进一步地，所述过渡区域为分别与外锥反射面与内锥反射面相切的环形弧面。
[0010] 更进一步地，所述V形锥镜和W形锥镜均为具有高反射率的金属铜镜。
[0011] 本实用新型充分利用金属锥面反射镜对S-偏振光的反射率要高于对P-偏振光的 反射率的特点，通过由两个锥面形成的V形反射面和由两个V形锥面形成的W形反射面组 成一个内部中空的多次反射组合镜结构，激光束射入组合镜后，在组合镜内多次反射后再 沿平行于入射光方向向外射出，经过在组合镜内的多次锥面反射后，S-偏振光保持很高的 反射率，而P-偏振光则损耗较大，最终能在激光谐振腔内起振并维持的偏振态就只有角向 偏振。将该组合镜用做谐振腔尾镜，就可以在腔内有效抑制P-偏振光，而仅让S-偏振光形 成振荡，从而起到角向偏振选择的作用。
[0012] 本实用新型的尾镜组件结构简单，偏振选择性好、抗损伤阈值高、对称性好、抗失 调能力强，热稳定性能和机械性能优良，制作简单，成本低，可广泛应用于气体、固体和半导 体激光器产生高功率、高纯度的角向偏振光。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0014] 图2为本实用新型V形锥镜的结构示意图。
[0015] 图3为本实用新型V形锥镜的侧视图。
[0016] 图4为本实用新型W形锥镜的结构示意图。
[0017] 图5为本实用新型W形锥镜的侧视图。
[0018] 图6为本实用新型的另一种结构示意图。
[0019] 图中：1、V形锥镜；2、W形锥镜；3、入射孔；4、外锥面；5、内锥面；6、外锥反射面；7、 内锥反射面；8、光轴；9、激光束；10、环形平面。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解 本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。
[0021] 如图1-5所示，本实用新型的组合镜结构包括固定在一起呈中心对称布置的环状 的V形锥镜1和W形锥镜2,其中，V形锥镜1是环形内锥结构，其中心区域开有入射孔3， 作为激光束9的入口，其环状的V形反射面由外锥面4和内锥面5组成；W形锥镜2的中间 部分为外锥结构，外周部分为内锥结构，其W形的反射面由位于中央区域的外锥反射面6和 外周区域的内锥反射面7组成，外锥反射面6与内锥反射面7的交接处设有一个宽度为D 的过渡区域10,过渡区域10可以为环形平面，也可以为与外锥反射面6和内锥反射面7相 切的环形弧面，该区域的宽度可根据加工工艺要求而适当调整，以便于制作。外锥面4、内锥 面5、外锥反射面6和内锥反射面7均为具有为高反射率的平面，外锥面4和内锥面5分别 与内锥反射面7以相对布置的方式安装在一起，外锥面4、内锥面5、外锥反射面6和内锥反 射面7形成内部中空的多次反射组合结构，四者以光轴8为中心旋转对称。为保证入射的 光线能够沿与入射光平行向外射出，外锥面4、内锥面5、外锥反射面6和内锥反射面7的 锥角α均为90°，即入射光线与外锥面4、内锥面5、外锥反射面6和内锥反射面7的夹角 均为45°。
[0022] V形锥镜1与W形锥镜2均为具有高反射率的金属铜镜，外锥面4、内锥面5、外锥 反射面6和内锥反射面7对S-偏振光的反射率要稍高于P-偏振光的反射率。可以在外锥 面4、内锥面5、外锥反射面6和内锥反射面7表面镀金膜，来进一步提高激光反射率，也可 以镀其他特殊偏振选择膜，来增大S-偏振光和P-偏振光的反射率差别，以提高偏振选择能 力。
[0023] S-偏振光和P-偏振光的反射率差别将随着组合镜内的锥面反射次数的增加而变 大。而锥面反射次数可通过组合镜的结构参数A、B、C、D来调整，其中，A为外锥面4和内 锥面5的高度，B为内锥反射面7的高度，C为外锥反射面6的高度，D为环形平面10的宽 度。如图1所示，激光束9从环状的V形锥镜1的入射孔进入该组合镜后，将依次在内部反 射锥面（6、7、4、5、7、6)上发生6次反射，然后与入射光平行向外射出。如图6所示，为改变 了组合镜的结构参数后的另一种结构示意图，激光束9从环状的V形锥镜1的入射孔进入 该组合镜后，将先在光轴8 -侧发生5次反射，在进入对称的另一侧完成另外5次反射，即 依次在内部反射锥面（6、7、4、5、7、7、5、4、7、6)上发生10次反射，然后与入射光平行向外射 出，这样有利于提高腔内激光束的轴对称均匀性。
[0024] 金属铜镜对S-偏振光和P-偏振光的反射率随入射角的变化曲线，这两种 偏振光反射率的数学表达式分别为：R S= ((n-c〇S0) 2+k2V((n+c〇S0)2+k2)和& = ((n-sec0)2+k2V((n+sec0) 2+k2)，其中，Θ为入射角，n和k分别为反射面材料折射率的 实部和虚部。对于平面反射铜镜，当入射角Θ =0°时，S-偏振光和P-偏振光的反射率没 有差别。而对于相同金属铜材的内锥反射镜和外锥反射镜，当入射角Θ =45°时，S-偏振 光的反射率要高于P-偏振光的反射率，即Rs> R p。因此，当S-偏振光和P-偏振光经过上 述组合镜的金属锥面m次反射后，其总的反射率就分别为/C和，即两种偏振光的反射率 差别将随着反射次数的增加而越来越大。将该组合镜用做谐振腔尾镜，就可以在腔内有效 抑制P-偏振光，而仅让S-偏振光形成振荡，从而起到角向偏振选择的作用。
[0025] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1. 一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其特征在于：包括固定在一起以 光轴为中心旋转对称布置的环状V形锥镜（1)和W形锥镜（2)，所述V形锥镜（1)中心开有 入射孔（3)，V形锥镜⑴的反射面由外锥面⑷和内锥面（5)组成，所述W形锥镜⑵的 反射面由位于中央区域的外锥反射面（6)和外周区域的内锥反射面（7)组成，所述外锥面 (4)和内锥面（5)分别与内锥反射面（7)相对布置，所述外锥面（4)、内锥面（5)、外锥反射 面（6)和内锥反射面（7)形成内部中空的多次反射组合结构，所述外锥面（4)、内锥面（5)、 外锥反射面（6)和内锥反射面（7)的锥角均为90°。
2. 根据权利要求1所述的一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其特征在 于：所述外锥面（4)、内锥面（5)、外锥反射面（6)和内锥反射面（7)上分别镀有金膜。
3. 根据权利要求1所述的一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其特征在 于：所述W形锥镜（2)的外锥反射面（6)与内锥反射面（7)的交接处设有过渡区域（10)。
4. 根据权利要求3所述的一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其特征在 于：所述过渡区域（10)为垂直于光轴的环形平面。
5. 根据权利要求3所述的一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其特征在 于：所述过渡区域（10)为分别与外锥反射面（6)、内锥反射面（7)相切的环形弧面。
6. 根据权利要求1-5任一所述的一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构，其 特征在于：所述V形锥镜（1)和W形锥镜（2)均为具有高反射率的金属铜镜。
【专利摘要】本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种用于选择角向偏振的V形与W形组合镜结构。它包括固定在一起呈中心对称布置的V形锥镜和W形锥镜，V形锥镜中心开有入射孔，V形锥镜的反射面由外锥面和内锥面组成，W形锥镜的反射面由位于中央区域的外锥反射面和外周区域的内锥反射面组成，外锥面和内锥面分别与内锥反射面相对布置，外锥面、内锥面、外锥反射面和内锥反射面形成内部中空的多次反射组合结构，外锥面、内锥面、外锥反射面和内锥反射面的锥角均为90°。本实用新型结构简单，对称性好、抗失调能力强，热稳定性能和机械性能优良，制作简单，成本低，可广泛应用于气体、固体和半导体激光器产生高功率、高纯度的角向偏振光。
【IPC分类】G02B27-28
【公开号】CN204360025
【申请号】CN201420548675
【发明人】王又青, 李波, 赵江, 杨扬, 贺昌玉, 许亮, 刘莹
【申请人】武汉光谷科威晶激光技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年9月23日