一种径向偏振光产生装置及激光加工系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于光学【技术领域】，提供了一种径向偏振光产生装置及激光加工系统，此处由2n（n为大于等于1的整数）个半波片构成径向偏振光产生装置，各半波片的慢轴均平行于其横截面，结构极其简单，易于制作。在此利用多个半波片同时对入射光的偏振态进行控制，即将光束截面上偏振态在空间上进行重新调制，使其呈现一种近似的各向异性偏振分布，从而达到径向偏振的效果，由此产生了径向偏振光，且理论上可以达到完全径向偏振。另外，所产生径向偏振光的纯度由半波片的个数（2n）决定，如此可根据需要提高径向偏振光的纯度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学【技术领域】，尤其涉及一种径向偏振光产生装置及激光加工系统。 一种径向偏振光产生装置及激光加工系统
【背景技术】
[0002] 径向偏振光束是一种新颖的，形式独特的偏振光模式，其偏振机制与传统的线偏 振和圆偏振不同。对于线偏振光束和圆偏振光束，在光束横截面上任意一点电场矢量的振 动均是一致的，即方向相同，大小相同，因此这种偏振态为各向同性偏振态；而径向偏振光 束，在截面上任意一点电场矢量的振动不一致，大小相同，而方向不同，这是一种各向异性 的偏振态。径向偏振光束是轴对称偏振光束的一种重要类型。对于轴对称偏振光束，其突 出特点在于：在光束横截面上任意一点电场矢量方向与径向的夹角保持不变。径向偏振光 束在横截面上的电场矢量始终与径向平行。
[0003] 径向偏振光束由于其独特的偏振形式和卓越的光束特性，已在科研和工业界引起 了人们的极大兴趣，在激光切割、粒子加速、光学显微等尖端科技中有着非常广阔的应用前 景。例如：激光切割金属的参数很大程度上取决于光束的偏振特性。为了满足工业需要， 在加工金属表面的辐射吸收率必须是轴对称的且最大的。人们用圆偏振光束代替传统的线 偏振光束，从而得到了目前最好的激光切割金属的效果。研究显示，采用径向偏振光束进行 激光切割金属的效率将是采用圆偏振光束时的2倍。然而现有径向偏振光产生装置结构复 杂，且所产生径向偏振光纯度较低。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于提供一种径向偏振光产生装置，旨在解决现有径向偏振 光产生装置结构复杂的问题。
[0005] 本发明实施例是这样实现的，一种径向偏振光产生装置，包括2η个半波片，各半 波片的慢轴均平行于其横截面，其中η为大于等于1的整数。
[0006] 本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述径向偏振光产生装置的激光加 工系统。
[0007] 本发明实施例由2η (η为大于等于1的整数)个半波片构成径向偏振光产生装置， 各半波片的慢轴均平行于其横截面，结构极其简单，易于制作。在此利用多个半波片同时对 入射光的偏振态进行控制，即将光束截面上偏振态在空间上进行重新调制，使其呈现一种 近似的各向异性偏振分布，从而达到径向偏振的效果，由此产生了径向偏振光，且理论上可 以达到完全径向偏振。另外，所产生径向偏振光的纯度由半波片的个数（2η)决定，如此可 根据需要提高径向偏振光的纯度。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是线偏振光通过现有半波片后，光束偏振面受到调制发生偏转的示意图；
[0009] 图2是本发明实施例提供的径向偏振光产生装置的结构示意图（由8块半波片构 成，且相邻半波片间慢轴的夹角为22.5° );
[0010] 图3是本发明实施例提供的0°半波片的结构示意图；
[0011] 图4是本发明实施例提供的径向偏振光产生装置慢轴分布图；
[0012] 图5是线偏振光通过由8块半波片组成的SVR后出射光束的偏振分布示意图；
[0013] 图6是线偏振光通过SVR (η足够大）后出射光束的偏振分布不意图。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0015] 本发明实施例由2η (η为大于等于1的整数)个半波片构成径向偏振光产生装置， 各半波片的慢轴均平行于其横截面，结构极其简单，易于制作。在此利用多个半波片同时对 入射光的偏振态进行控制，即将光束截面上偏振态在空间上进行重新调制，使其呈现一种 近似的各向异性偏振分布，从而达到径向偏振的效果，由此产生了径向偏振光，且理论上可 以达到完全径向偏振。另外，所产生径向偏振光的纯度由半波片的个数（2η)决定，如此可 根据需要提高径向偏振光的纯度。
[0016] 下面以η=4为例对本发明的实现进行详细描述。
[0017] 在此应当说明的是，半波片（相位延迟器）作为一种常用的偏振器件，它可以由多 种人工或天然双折射晶体制成，常被用来改变入射光束的偏振态。半波片能够使得在其中 传播的0光和e光产生一个π的相对相移，它能够将入射的线偏振光的偏振面旋转一个特 定的角度，在激光【技术领域】常被用来作为偏振控制器件。若一束线偏振光入射现有半波片， 光束偏振面与波片慢轴的夹角为Φ (如45° )，经过该波片调制后，光束偏振面将以波片慢 轴为对称轴旋转2 Φ (如90° )，如图1所示。
[0018] 若将径向偏振光的横截面沿径向分割成m份，当m足够大时，每一份的偏振形式可 以看成是方向沿径向的线偏振态，因此径向偏振光可以看成是沿径向分割的无限多份偏振 方向沿径向的线偏振光组合而成。本发明实施例利用多块半波片，相邻半波片慢轴方向彼 此呈一定夹角，入射光通过时，受空间调制光束截面上线偏振方向不再单一，而是近似地指 向截面的平行径向。当使用的半波片越多时，出射光束的偏振态越接近径向偏振。
[0019] 如图2?4所示，本发明实施例提供的径向偏振光产生装置包括2n个半波片l(n 为大于等于1的整数)，各半波片1的慢轴平行于其横截面，结构极其简单，易于制作。在此 利用多个半波片1同时对入射光的偏振态进行控制，即将光束截面上偏振态在空间上进行 重新调制，使其呈现一种近似的各向异性偏振分布，从而达到径向偏振的效果，由此产生了 径向偏振光，且理论上可以达到完全径向偏振。另外，所产生径向偏振光的纯度由半波片1 的个数（2n)决定，如此可根据需要提高径向偏振光的纯度。
[0020] 上述各半波片1慢轴处于同一平面，相邻半波片1间慢轴的夹角ω优选为90° / η，以使所产生的径向偏振光纯度更高。进一步地，沿顺时针或逆时针方向，其中一个半波片 的慢轴与其余各半波片的慢轴间的夹角为ω、2ω、3ω "·Μω，Μ为大于等于1的整数，以使 偏振态在空间上调制均匀。此处使其中一个半波片的慢轴与其尖端角角平分线平行，这样 利于调整本径向偏振光产生装置的方位，使该半波片的慢轴与入射线偏振光的偏振方向一 致。
[0021] 作为优选，各半波片1的横截面为扇形，2η个半波片1的径向侧面依序粘接形 成圆柱状径向偏振光产生装置，或称之为空间变化的λ/2波片（spatially variable retarder，SVR)。n=4时，即由8个尺寸相同的半波片1通过其侧面依序粘接形成圆柱状径 向偏振光产生装置，且使相邻半波片1间慢轴的夹角ω =90° /4=22. 5°。
[0022] 如图3?5所示，本发明实施例以慢轴平行于尖端角2角平分线3的半波片作为 〇°半波片，则使入射线偏振光的偏振方向与所述〇°半波片慢轴方向相同，此处可通过旋 转整个径向偏振光产生装置使两者方向相同。而沿顺时针或逆时针方向，其余半波片的慢 轴与所述〇°半波片的慢轴分别相差ω=22. 5°，2ω=45°，3ω=67. 5°......ηω或 是-ω =-22. 5, -2 ω =-45。，-3 ω =-67. 5。......-η ω，这样相邻半波片间慢轴的夹 角均为ω=22.5° ,如图4所示。
[0023] 具体地，当入射线偏振光通过SVR时，只需旋转SVR，就可以使得光束偏振方向与 〇°半波片慢轴方向相同，并在截面上不同位置受到不同波片的调制，因此出射光束的偏振 态随着半波片的空间变化而变化。出射光束偏振态应该是这样的：受同一半波片调制的截 面区，偏振方向平行于该半波片尖端角角平分线，图5示出了线偏振光通过由8个（η=4时） 半波片组成的S V R后出射光束的偏振分布，可以看出该偏振态与径向偏振态非常相近。η越 大，出射光束偏振态越接近径向偏振，图6不出了 η足够大时出射光束偏振态分布。
[0024] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种径向偏振光产生装置，其特征在于，所述产生装置包括2η个半波片，各半波片 的慢轴均平行于其横截面，其中η为大于等于1的整数。
2. 如权利要求1所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，相邻半波片间慢轴的夹角 ω=90° /η〇
3. 如权利要求2所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，沿顺时针或逆时针方向，其 中一个半波片的慢轴与其余各半波片的慢轴间的夹角为《、2?、3〇3"，〇3^为大于等于1 的整数。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，其中一个半波 片的慢轴与其尖端角角平分线平行。
5. 如权利要求4所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，以慢轴平行于尖端角角平 分线的半波片作为0°半波片，入射线偏振光的偏振方向与所述0°半波片慢轴方向相同。
6. 如权利要求1、2、3或5任一项所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，各半波片的 横截面为扇形，2η个半波片的径向侧面依序粘接形成圆柱状径向偏振光产生装置。
7. 如权利要求4所述的径向偏振光产生装置，其特征在于，各半波片的横截面为扇形， 2η个半波片的径向侧面依序粘接形成圆柱状径向偏振光产生装置。
8. -种米用如权利要求1?7中任一项所述的径向偏振光产生装置的激光加工系统。
【文档编号】B23K26/00GK104102015SQ201310121118
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2013年4月9日
【发明者】刘晋, 陈永兴, 卢洪湖, 彭金明, 陈根余, 陈焱, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司