反射式相位型焦点区域光强分布调节系统.pdf

一种反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，该系统的构成：一光源，沿着该光源所发光束的前进方向依次同光轴地置有分光镜、相位调制反射镜，该分光镜与光路成45°，该相位调制反射镜的反射面与光轴垂直，一物镜位于该分光镜的反射光路上，所述的相位调制反射镜由多个反射部件构成，反射部件通过相应的连杆与相应的位移驱动器相连。调节反射部件反射面轴向位置，可以改变焦点区域的光强分布。调节过程方便，容易加入现有的光学系统中，以及实现自动调节。

1、  一种反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于该系统的构成：一光源(1)，沿该光源(1)所发光束的前进方向依次同光轴地置有分光镜(3)、相位调制反射镜(6)，该相位调制反射镜(6)的反射面与光轴垂直，一物镜(4)位于该分光镜(3)的反射光路上，所述的相位调制反射镜(6)由多个反射部件组成，每个反射部件通过相应的连杆与相应的位移驱动器相连。

2、  根据权利要求1所述的反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于所述的分光镜(3)采用偏振分光镜，相位调制反射器(6)前方置有四分之一波片(5)。

3、  根据权利要求1所述的反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于光源(1)出射端和分光镜(3)之间还置有光束扩束镜(2)。

4、  根据权利要求1所述的反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于所述的相位调制反射器(6)由外反射部件(601)、中反射部件(602)和内反射部件(607)构成，该中反射部件(607)通过连杆(603)连接第一位移驱动器(604)，该内反射部件(607)通过连杆(606)连接第二位移驱动器(605)。

5、  根据权利要求1所述的反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于所述的反射部件的反射面可以为同心的圆环、或矩形环、或其它对称的多边形环。

6、  根据权利要求1所述的反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于所述反射部件的位移驱动器为手动调节机构，或马达驱动器、PZT自动位移控制器。

反射式相位型焦点区域光强分布调节系统
技术领域：
本发明涉及光强调节系统，特别是一种反射式相位型焦点区域光强分布调节系统。主要用于光存储系统、暗场光学显微镜、光镊子和激光加工等光学系统。
技术背景：
光学焦点区域的光强分布对一些光学系统是十分重要的。例如，在光存储光学系统中，高密度光存储要求光学系统中的光学焦点在横向上的尺寸要小；在光轴方向上的尺寸要大，即具有较大焦深。暗场光学显微镜系统中，要求焦点在焦平面上的光斑光强分布均匀、对称、大小可调。在光镊子系统中，需要光强分布不均匀，可以产生光梯度力，形成稳定的光陷阱。在激光加工中，则希望光学焦点的大小和焦深均可方便调节。在先技术中，存在一种调节焦点光强分布的方法，此方法是利用透射式相位光阑来调节焦点光强分布(参见论文“High focal depthwith a pure-phase apodizer”，Appl.Opt.40，p5658-5662，2001年)。尽管在先技术中的光学焦点光强分布调节方法具有一定的优点，但是，仍然存在不足：1)采用透射式的纯相位光阑，此类光阑的精密加工存有一定难度；2)焦点区域的光强分布调节不方便。
发明内容：
本发明要解决的问题在于克服了上述在先技术的不足，提供一种反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，它具有光强分布便于调节的特点。
本发明的基本构思是：
利用分光镜和反射器将可调节的光相位引入光路中，反射镜的反射面由多个轴向可以移动的反射部件的反射面构成，光源发出的光经过分光镜后，由反射镜反射，对光束进行相位调制，反射光再经过分光镜反射，由物镜汇聚形成焦点。利用调节不同反射部件反射面的轴向位置，以改变焦点区域的光强分布。
本发明的技术解决方案如下：
一种反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，其特征在于该系统的构成：一光源，沿着该光源所发光束的前进方向依次同光轴地置有分光镜、相位调制反射镜，该分光镜与光路成45°，该相位调制反射镜的反射面与光轴垂直，一物镜位于该分光镜的反射光路上，所述的相位调制反射镜由多个反射部件构成，反射部件通过相应的连杆与相应的位移驱动器相连。
所述的分光镜采用偏振分光镜，相位调制反射器前方置有四分之一波片。
在所述的光源出射端和分光镜之间还置有光束扩束镜。
所述的相位调制反射器由外反射部件、中反射部件和内反射部件构成，该中反射部件通过连杆连接第一位移驱动器，该内反射部件通过连杆连接第二位移驱动器。
所述的反射部件的反射面可以为同心的圆环、矩形环、或者其它对称的多边形环。
所述反射部件的位移驱动器为手动调节机构，或马达驱动器、PZT自动位移控制器。
本发明反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，在使用时，光源发出的光束，经过分光镜后，被相位调制反射镜经调制后的反射面反射，再经过分光镜反射而被物镜聚焦形成焦点。调节和控制位移驱动器，通过连杆带动反射部件轴向移动，实现对光束的相位调制，从而改变了焦点区域光强分布。
当入射分光镜的光束为偏振光时，分光镜采用偏振分光镜，并且在相位调制反射器前方置一个四分之一波片。调整偏振分光镜透光偏振方向与入射光偏振方向一致，并且四分之一波片的光轴方向与偏振分光镜透光偏振方向成45°，所以绝大部分入射光束可以经过偏振分光镜和四分之一波片，转化为圆偏振光；再由相位调制反射镜的反射面反射后，经过四分之一波片又转化为线偏振光，此时反射光的偏振方向与入射光的偏振方向垂直，绝大部分反射光可以被偏振分光镜反射，被物镜汇聚形成焦点，同样通过调节反射部件轴向移动，实现对光束的相位调制，改变焦点区域光强分布，此时，光能利用率很高。
与在先技术相比，本发明的优点：
1)改变相位调制反射器的反射面的轴向位置调节焦点光强分布，调节非常方便。
2)系统结构紧凑，可以方便地加入到现有的其它光学系统中，实现焦点光强分布调节。
3)当位移驱动器为马达驱动器、PZT自动位移控制器时，可以实现焦点光强分布的自动调节。
附图说明：
图1为本发明具体实施例结构示意图。
图2为本发明具体实施例中的反射面示意图。
图3为本发明具体实施例中可以使用的反射面示意图。
具体实施方式：
先请参阅图1，图1是本发明反射式相位型焦点区域光强分布调节系统一个具体实施例的示意图，由图可见，本发明反射式相位型焦点区域光强分布调节系统，包括光源1，光源1发出的光为线偏振光，在光束前进方向上依次置有扩束镜2、偏振分光镜3、四分之一波片5和相位调制反射镜6。偏振分光镜3的透射偏振方向与入射光的偏振方向相同，且与四分之一波片5的光轴方向成45度角。入射光被相位调制反射镜6反射后经过四分之一波片5，再由偏振分光镜3反射沿垂直于光轴O₁O₂的方向传播，在此反射光的前进方向上置由物镜4。在本实施例中，相位调制反射器6采用三个反射部件构成，包括外反射部件601、中反射部件602和内反射部件607。相位调制反射器6的反射面如图2所示，外反射部件601、中反射部件602的反射面为圆环形，内反射部件607的反射面为圆形面，反射面与光轴O₁O₂垂直。相位调制反射器6还包括通过连杆603与内反射部件607相连的第一位移驱动器604和通过连杆606与内反射部件602相连的第二位移驱动器605。在实施本发明时，所用多个反射部件构成的相位调制反射器可以具有不同形状的反射面，例如，可以采用如图3所示地相位调制反射器的反射面。
本发明的实施例如上所述结构，调节焦点光强分布的过程为：光源1发出的线偏振光经过扩束镜2扩束后射向偏振分光镜3，由于偏振分光镜3透过偏振方向与入射线偏振光的偏振方向一致，所以绝大部的入射光透过偏振分光镜3，再经过四分之一波片5调制，转换为圆偏振光，射向相位调制反射镜6。调节扩束镜2使相位调制反射器6上的光斑大小正好覆盖相位调制反射镜6的反射面。入射光被相位调制反射器6的反射面反射后，经过四分之一波片5后又转化为线偏振光，偏振方向与入射光的偏振方向成90度角，所以绝大部分的光可以被偏振分光镜3反射，而后由物镜4汇聚，形成焦点。第一位移驱动器604和第二位移驱动器604分别通过连杆606和连杆602带动中反射部件602和内反射部件607在轴向上移动，故可以改变光束的相位分布，从而调节焦点的光强分布。
利用本实施例调节光学焦点的光学强度分布，调节方便，光能利用率较高，并且可以方便地加入现有光学系统中，例如光粗存储材料存储性能静态测试光学系统中，实现焦点光强分布调节。