技术领域本发明涉及激光技术领域，特别是一种用于产生角向偏振光的装置及方法。
背景技术：
角向偏振光是一种特殊的偏振光，其偏振方向沿着光束横截面的角向分布，如图1所示。在光束中心由于存在偏振奇点，因此，光束中心强度为零。低阶的角向偏振光一般呈现出环状的强度分布。角向偏振光的特殊强度和偏振分布使其可以用于打孔、粒子引导、粒子捕获与囚禁、表面等离子体激励和近场扫描显微等应用中。因此，方便地获得角向偏振光成为人们追求的目标。目前已经发展起来各种获得角向偏振光的方法，主要有腔内法和腔外法。腔内法是在激光谐振腔中设置光栅、金属锥或双折射晶体等偏振选择元件使激光器能直接输出角向偏振光，其装调复杂。腔外法主要通过激励波导的高阶模式、相干合成和液晶扭转等方法，将线偏振光或圆偏振光转化为角向偏振光，这些方法装调复杂，抗失调能力差，而且成本高。在圆偏振光转化为角向偏振光的过程中，要么需要角向偏振器和涡旋相位片配合使用，要么需要采用非均匀的相位光栅。这些方法不是采用的元件太多就是设计和制作工艺复杂。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种元件少、装调简单、可靠性高的用于产生角向偏振光的装置及方法。对于本发明用于产生角向偏振光的装置来说，上述技术问题是这样解决的：包括激光器和λ/4波片，还包括圆形金属光栅镜，所述圆形金属光栅镜包括基底和一组圆环栅线，一组所述圆环栅线同心设于基底表面，所述λ/4波片设置于激光器出光口与圆形金属光栅镜之间，所述λ/4波片和圆形金属光栅镜的中心位于激光器的光轴线上。进一步的，所述圆形金属光栅镜的法线与光轴形成夹角，所述夹角在0°到5°之间。进一步的，还包括扩束镜，所述扩束镜设置于激光器和λ/4波片之间。进一步的，还包括镜夹和压环，所述圆形金属光栅镜通过压环固定在镜夹内。进一步的，所述镜夹为阳极化的铝质材料，镜夹内设有冷却通道，所述冷却通道内循环流动有冷却剂。进一步的，所述圆环栅线为金属材质，所述基底为透光材质，所述圆环栅线采用镀膜的方式同心涂覆于基底表面。进一步的，所述圆形金属光栅镜最中心的圆环栅线的内径小于十倍激光波长。进一步的，所述圆形金属光栅镜的光栅周期小于激光波长。进一步的，所述圆形金属光栅镜的光栅占空比为40％～60％。对于本发明用于产生角向偏振光的方法来说，上述技术问题是这样解决的：利用激光器输出线偏振光，所述线偏振光以偏振方向与λ/4波片的主轴夹角为45°的方向正入射至λ/4波片，经λ/4波片转化为圆偏振光，所述圆偏振光经设有同心圆环栅线的圆形金属光栅镜反射得到角向偏振光，所述圆偏振光的入射角在0°到5°之间。本发明的有益效果是：采用表面设有同心圆环栅线的圆形金属光栅镜作为偏振转换元件，可得到角向偏振光。系统使用的元件少，调整方便，具有结构简单、适用性广、可靠性高等特点。镜夹由铝制成并阳极化处理，同时在镜夹内设冷却通道，可以吸收圆形金属光栅镜透过的激光和圆形金属光栅镜传导的热量。圆形金属光栅镜最中心的圆环栅线的内径小于十倍激光波长，保证了出射激光有较高的偏振度。圆形金属光栅镜的周期小于激光波长，仅有零阶衍射，这样可防止产生高阶衍射，提高转化效率。附图说明图1为角向偏振光示意图；图2为本发明用于产生角向偏振光的装置结构示意图；图3为圆形金属光栅镜俯视图；图4为图3的部分径向剖视图；图中：1—激光器，2—扩束镜，3—λ/4波片，4—圆形金属光栅镜，5—镜夹，6—压环，7—冷却通道，8—圆环栅线，9—基底。具体实施方式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。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图2所示，本发明用于产生角向偏振光的装置包括激光器1、扩束镜2、λ/4波片3和圆形金属光栅镜4。激光器1、扩束镜2、λ/4波片3和圆形金属光栅镜4的圆心位于同一光轴线上。圆形金属光栅镜4设于镜夹5内，通过压环6固定。本实施例将圆形金属光栅镜4放置于镜夹5中，压环6和镜夹4通过螺纹装配，通过压环6旋入镜夹5将圆形金属光栅镜4固定。其中，激光器1为线偏振激光器，激光器1类型可以是气体激光器也可以是固体激光器。扩束镜2为普通双透镜扩束镜，既可以是伽利略型也可以是开普勒型。λ/4波片3为普通商用波片，该波片与激光辐射波长对应，可以对激光产生π/4的相位延迟。镜夹5为阳极化的铝质材料，可吸收圆形金属光栅镜4透过的激光。镜夹5内设有冷却通道7，冷却通道7内循环流动有水或油等冷却剂，可以将圆形金属光栅镜4和镜夹5吸收激光产生的热量带走。如图3和4所示，圆形金属光栅镜4包括基底9和一组圆环栅线8，圆环栅线8同心布置于基底9表面，任意相邻圆环栅线8的直径差值相同。其中，圆形金属光栅镜4的镜面直径为φ1，光栅区直径为φ2，镜子中心无光栅的区域直径(即最里层圆环栅线8的内径)为φ3。光栅区直径为φ2应大于入射激光光斑直径的1.5倍。镜子中心无光栅区域直径为φ3应小于10倍激光波长，以保证系统具有较高的转化效率和出射激光具有较高的偏振度。本实施例提供圆形金属光栅镜4上的圆环栅线8为金属材质，该金属环带材料既可以是金也可以是铜，而基底材料为对激光的透射材料。圆环栅线8同心设置于基底9表面。金属栅线8先镀膜，再经过制作掩膜、刻蚀和去胶制作而成，也可以先做掩膜再镀金属膜，最后采用剥离工艺获得。圆环栅线8的剖面可以是矩形、梯形、正弦形或三角形等。圆形金属光栅镜4为亚波长光栅，即光栅周期T小于激光波长，以防止产生高阶衍射，提高转化效率，仅获得零阶衍射。光栅深度h为普通镀金工艺采用的标准膜厚，光栅占空比f约为40％至60％。激光器1出射的线偏振光经扩束镜2扩束后，再由主轴与线偏振光偏振方向呈45°的λ/4波片转化为圆偏振光，圆偏振光再以很小的角度(0＜θ≤5°)倾斜入射到圆形金属光栅镜上，圆偏振光与光栅同心。圆偏振光一般可以认为是具有涡旋相位的角向偏振和径向偏振光混合而成的，如左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别可以由以下两式表示：其中Erad和Eaz分别为径向和角向偏振光分量，为极角。而圆形金属光栅镜具有对角向偏振的反射率很高的特性，其物理机制在于在小角度入射下，圆偏振光将激励起金属栅线中的电子沿着栅线方向振动，电子振动辐射出与本地栅线方向相同的线偏振光，反射光即为角向偏振光。值得注意的是采用这种方法获得的角向偏振光具有涡旋相位，涡旋相位的旋向与入射的圆偏振光的旋向一致。通过合理的光栅结构设计，可保证径向偏振光具有较高的透射率。这样可以提高角向偏振光的偏振纯度，最后，透过圆形金属光栅镜的部分激光可以被镜夹吸收，产生的热量可由镜夹的冷却通道中的冷却剂带走。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。