可调式矢量光束整形系统.pdf

一种可调式矢量光束整形系统，其结构是沿一光轴置有分光镜和调制反射镜，该分光镜与光轴成45°，置于该分光镜的调制光出射光路上有一二分之一波片，该调制反射镜的反射面与光轴垂直，二分之一波片与该分光镜的出射光的传播方向垂直，调制反射镜的反射面由内反射器和外反射器的复合反射面组成，该内反射器和外反射器之间为活动连接，所述的复合反射面由内反射器粘贴的内四分之一波片的反射面和外反射器所粘贴的外四分之一波片的反射面复合构成，所述的内反射器通过连杆与内旋转位移控制器相连，所述的外反射器通过连杆与外旋转位移控制器相连。本发明既可调节光束的偏振分布，又可以调节光束的相位；能在光束截面上实现分区调节。

1、  一种可调式矢量光束整形系统，其特征在于沿一光轴置有分光镜(1)和调制反射镜(3)，该分光镜(1)与光轴成45°，置于该分光镜(1)的调制光出射光路上有一二分之一波片(2)，该调制反射镜(3)的反射面与光轴垂直，二分之一波片(2)与该分光镜(1)的出射光的传播方向垂直，调制反射镜(3)的反射面由内反射器(302)和外反射器(301)的复合反射面组成，该内反射器(302)和外反射器(301)之间为活动连接，所述的复合反射面由内反射器(302)粘贴的内四分之一波片(308)的反射面和外反射器(301)所粘贴的外四分之一波片(307)的反射面复合构成，所述的内反射器(302)通过连杆(303)与内旋转位移控制器(304)相连，所述的外反射器(301)通过连杆(305)与外旋转位移控制器(306)相连。

2、  根据权利要求1所述的可调式矢量光束整形系统，其特征在于所述的内反射器(302)的反射面和内四分之一波片(308)的形状相同，所述的外反射器(301)的反射面和外四分之一波片(307)的形状相同。

3、  根据权利要求2所述的可调式矢量光束整形系统，其特征在于所述的复合反射面为同心的圆环、或同心的矩形环，或同心的其它形状。

4、  根据权利要求1所述的可调式矢量光束整形系统，其特征在于所述的调制反射镜(3)由两个以上的反射器组成，每个反射器具有转动和轴向移动的机构，并且反射器的转动和位移为手动调节，或马达驱动器、或PZT自动位移控制器控制。

5、  根据权利要求1所述的可调式矢量光束整形系统，其特征在于所述的二分之一波片(2)连有旋转调节器。

可调式矢量光束整形系统
技术领域：
本发明涉及光束整形，特别是一种可调式矢量光束整形系统。主要用于光存储系统、显微系统、平版印刷术，相位移动、激光加工、光镊子技术、超分辨度量等领域。
技术背景：
光束整形技术在许多光学系统中具有极为重要的作用，例如光存储系统、显微系统、平版印刷术，相位移动、激光加工、光镊子技术等领域。这里的光束整形是广义的，包括调节光束的相位和偏振态。近几年来，对于偏振态为圆柱对称性的光束具有某些独特的性质，引起了人们的很大兴趣。这些所谓的圆柱矢量光束可以通过主动和被动方法得到。更一般形式的圆柱矢量光束，可以利用空间变化的液晶单元由入射光调制而成。也可以利用两个二分之一波片将入射的圆柱对称的径向或弧失方向的偏振光束转化为一般形式的圆柱矢量光束，参阅Q.Zhan and J.R.Leger，“Focus shaping using cylindrical vector beams，”Optics Express，10，2002，p324-330。尽管此种方法具有一定的优点，但是仍然存在一些不足：
1)此种光束整形系统只能调节光束的偏振分布，不能调节光束的相位；
2)由于是依靠调节两个二分之一波片的夹角来实现光束整形，自由度少；
3)不能在光束截面上实现分区调节。
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，提供一种可调式矢量光束整形系统，它可以调节入射光的偏振态，又可调节相位；并且具有光束截面可以分区调节的特点。
本发明的基本构思是：
一种可调式矢量光束整形系统，利用分光镜、调制反射镜和二分之一波片将可调节的光相位和偏振态引入光路中。调制反射镜的反射面由多个轴向可以移动的反射器反射面和四分之一波片复合构成。入射光为矢量光，透过分光镜后，由复合反射面反射，对光束进行相位调制。反射光被分光镜反射再经过二分之一波片射出，二分之一波片和四分之一波片的长轴夹角的改变可以调节出射光的偏振性质。所以，改变反射部件反射面轴向位置以及转动复合反射镜，可以调节出射矢量光束的偏振态和光相位，达到光束整形目的。
本发明的技术解决方案如下：
一种可调式矢量光束整形系统，其特征在于沿一光轴置有分光镜和调制反射镜，该分光镜与光轴成45°，置于该分光镜的调制光出射光路上有一二分之一波片，该调制反射镜的反射面与光轴垂直，二分之一波片与该分光镜的出射光的传播方向垂直，调制反射镜的反射面由内反射器和外反射器的复合反射面组成，该内反射器和外反射器之间为活动连接，所述的复合反射面由内反射器粘贴的内四分之一波片的反射面和外反射器所粘贴的外四分之一波片的反射面复合构成，所述的内反射器通过连杆与内旋转位移控制器相连，所述的外反射器通过连杆与外旋转位移控制器相连。
所述的内反射器的反射面和内四分之一波片的形状相同，所述的外反射器的反射面和外四分之一波片的形状相同。
所述的复合反射面为同心的圆环、或同心的矩形环，或同心的其它形状。
所述的调制反射镜由两个以上的反射器组成，每个反射器具有转动和轴向移动的机构，并且反射器的转动和位移为手动调节，或马达驱动器、或PZT自动位移控制器控制。
所述的二分之一波片连有旋转调节器。
所述的可调式矢量光束整形系统，在具体实施时，可以将旋转器与二分之一波片相连。通过旋转器带动二分之一波片旋转，实现光束的偏振态的调节。
本发明的可调式矢量光束整形系统在使用时，入射的矢量偏振光束经过分光镜的透射光束，被调制反射镜的复合反射面反射，反射光束再经过分光镜，被二次反射，经过二分之一波片射出。各反射器的复合反射面的轴向位置改变可以调节出射光的相位。旋转复合反射面，改变四分之一波片与二分之一波片长轴之间的夹角，可以调节出射光的偏振性质。在本系统中，内旋转位移控制器通过内连杆带动内反射器转动和轴向移动，可以调节光束内部区域地相位和偏振性质。外旋转位移控制器通过外连杆带动外反射器转动和轴向移动，可以调节光束外部环形区域的相位和偏振性质。实现光束整形目的。
与在先技术相比，本发明的优点：
1)此种光束整形系统既可以调节光束的偏振分布，由可以调节光束的相位；
2)可调节的自由度多，能在光束截面上实现分区调节；
3)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。
4)可以实现焦点光强分布的自动调节。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例示意图。
图2(左)为本发明具体实施例中的反射器反射面示意图，
(右)为与反射器反射面向复合的四分之一波片示意图。
图3为本发明的一个具体实施例可以得到的圆柱偏振光束示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本发明的一个具体实施例示意图。由图可见，本发明可调式矢量光束整形系统，其构成是沿一光轴置有分光镜1和调制反射镜3，该分光镜1与光轴成45°，置于该分光镜1的调制光出射光路上有一二分之一波片2，该调制反射镜3的反射面与光轴垂直，二分之一波片2与由该分光镜1的出射光的传播方向垂直，调制反射镜3的反射面由内反射器302和外反射器301的复合反射面组成，该内反射器302和外反射器301之间为活动连接，所述的复合反射面由内反射器302粘贴的内四分之一波片308的反射面和外反射器301所粘贴的外四分之一波片307的反射面复合构成，所述的内反射器302通过连杆303与内旋转位移控制器304相连，所述的外反射器301通过连杆305与外旋转位移控制器306相连。所述的内反射器302的反射面和内四分之一波片308的形状相同，所述的外反射器301的反射面和外四分之一波片307的形状相同，如图2所示。
所述的复合反射面为同心的圆环，如图2左所示。所述的调制反射镜也可由两个以上的反射器组成，每个反射器具有转动和轴向移动的机构，并且反射器的转动和位移为手动调节，或马达驱动器、或PZT自动位移控制器控制。
所述的二分之一波片2连有旋转调节器。
图2左为本发明具体实施例中的反射器反射面示意图。复合反射面由内反射器302和外反射器301的反射面分别和内四分之一波片308和外四分之一波片307复合构成。图2右为与反射器反射面向复合的四分之一波片示意图。系统还包括通过连杆303与内反射器302相连的内旋转位移控制器304，和通过连杆305与内反射器306相连的外旋转位移控制器306。
在本实施例中，选择波长为406nm的激光作为入射光束；分光镜1采用分光棱镜；内旋转位移控制器304采用旋转电机；外旋转位移控制器306采用可控压电陶瓷扫描器。
本发明光束整形过程为：入射的矢量偏振光束经过分光镜1的透射光束，被调制反射镜3的复合反射面反射，反射光束再经过分光镜1，被二次反射，经过二分之一波片3射出。各反射器的复合反射面的轴向位置改变可以调节出射光的相位。旋转复合反射面，改变四分之一波片与二分之一波片长轴之间的夹角，可以调节出射光的偏振性质。在本系统中，内旋转位移控制器304通过内连杆303带动内反射器302转动和轴向移动，可以调节光束内部区域的相位和偏振性质。外旋转位移控制器306通过外连杆305带动外反射器301转动和轴向移动，可以调节光束外部环形区域的相位和偏振性质。
利用本发明实现光束的整形，可调节的自由度多，调节方便，能在光束截面上实现分区调节，并且可以方便地加入现有光学系统中(例如激光加工的光路中)。图3为本实施例可以调节出来的圆柱偏振光束。