一种径向偏振光产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于应用光学领域，特别涉及一种应用于光镊技术粒子俘获、超分辨显微、激光加工、光信息存储的径向偏振光产生装置。径向偏振光的产生装置，包括第一光纤、第二光纤、单模激光光源、起偏器、第一光功率耦合器、第三光纤、第四光纤、第一光纤偏振态调制器和第二光纤偏振态调制器、第二光功率耦合器、第五光纤、成像装置.本发明专利技术是全光纤器件，只需激励起一束LP11模式的光，通过光耦合器将LP11模式的光分成两路，分别进行偏振态调制，之后通过光耦合器实现两路LP11模式光束的叠加，结合了光纤模式理论与耦合理论，不必搭建空间光路系统，且通过调整偏振控制器可以产生各种矢量偏振光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用光学领域，特别涉及一种应用于光镊技术粒子俘获、超分辨显微、激光加工、光信息存储的径向偏振光产生装置。
技术介绍
轴对称偏振光束是一种具有轴对称特性的空间变化的线偏振光束，在局部的偏振态依然为线偏振，但在横截面上不同位置的偏振方位是变化的。基于偏振态分布的不同，提出了多种形式的轴对称偏振光束，如径向偏振光、角向偏振光和螺旋偏振光等。径向偏振光是轴对称偏振典型的偏振态，具有轴对称的偏振结构和中空环状的模式分布，在高数值孔径的透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小的聚焦光斑且有很强的纵向电场分量，在诸多领域应用中比传统的均匀偏振光束更具有优势。例如操纵粒子、高分辨率成像、切割金属、电子加速、提高光学存储的密度等。因此，人们非常重视对径向偏振光的研究及应用，如何简单、快捷的产生高纯度的径向偏振光也得到了充分的发展和深入研究。目前径向偏振光的产生可以分为在腔内法和在腔外法。腔内法是通过在激光谐振腔内设置具有偏振选择性的光学元件直接产生轴对称偏振光束，可以产生相对稳定的径向/角向偏振光，但是大多数要求特殊的制造技术和严密精确的设计。腔外法是谐振腔外转换实现，然而转换器件通常非常复杂且昂贵。值得注意的是近几年在光波导中激发矢量模式的方法。这类方法使用的光纤可以是单模光纤或少模光纤，仅支持几个低阶模传输，包括HE11模和TM01模(径向偏振模式)、TE01模(角向偏振模式)，HE21模(混合偏振模式)。这种技术可以分为两类。一是利用偏振选择元件在激光器内部产生所需的光纤模式的直接震荡，例如双锥形棱镜、光子晶体光栅、全光纤或双折射方解石晶体。二是在光纤内部进行模式转换，通过倾斜入射高斯光束或者直接以厄米-高斯光束或第一阶拉盖尔-高斯光束为光源入射到光纤，这种方法简单稳定、消耗低。目前，在行业界已陆续提出了基于两个偏振方向正交的LP11模式相干叠加的原理获得矢量光束，如文献1：Pengfei Ma，Zejin Liu“Generation of azimuthally and radially polarized beams by coherent polarization beam combination”.J.Opt.Lett.37,2658-2660(2012)；文献2：Xiaoming Chen，Jintao Bai“Generation of various vector beams based on vector superposition of two orthogonal linearly polarized TEM01beams”.J.Opt.Communications.316,140-145(2014)。文献1是通过光耦合器将光源光束分成两路，分别通过单模光纤与少模光纤错芯对接激励起LP11模式的光束，通过空间光路方式叠加。文献2是完全利用空间光路叠加产生。
技术实现思路
本专利技术的目的针对现有的径向偏振光产生方法的不足之处及产生装置类型的稀少，将光纤模式理论与耦合理论相结合，提出了一种操作简便、结构简单的径向偏振光产生装置。本专利技术的目的是这样实现的：径向偏振光的产生装置，包括第一光纤、第二光纤、单模激光光源、起偏器、第一光功率耦合器、第三光纤、第四光纤、第一光纤偏振态调制器和第二光纤偏振态调制器、第二光功率耦合器、第五光纤、成像装置，第一光纤与第二光纤错位焊接，使得单模激光束在第二光纤的纤芯中激励起LP11模式的光束，LP11模式的光在第二光纤传输，传输光经过第一光功率耦合器平均分配至第三光纤、第四光纤，第一光纤偏振态调制器和第二光纤偏振态调制器使得第三光纤、第四光纤传输的LP11模式偏振态互相垂直，第三光纤、第四光纤中传输的光经过第二光功率耦合器耦合至第五光纤输出径向偏振光，由成像装置探测。所述的第一光纤为单模光纤，第二光纤为少模光纤或双模光纤，只允许基模和LP11模传输，第三光纤、第四光纤和第五光纤是少模保偏光纤。所述的传输光经过第一光功率耦合器分配至第三光纤、第四光纤的光强比示1:1，平均分配。所述的第一光功率耦合器和第二光功率耦合器是两个等臂的2×2定向耦合器。所述偏振态调制器置于第一耦合器与第三光纤、第四光纤之间或置于第三光纤、第四光纤与第二耦合器之间。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是全光纤器件，只需激励起一束LP11模式的光，通过光耦合器将LP11模式的光分成两路，分别进行偏振态调制，之后通过光耦合器实现两路LP11模式光束的叠加，结合了光纤模式理论与耦合理论，不必搭建空间光路系统，且通过调整偏振控制器可以产生各种矢量偏振光。附图说明图1一般轴对称偏振光束的横向电场矢量分布示意图。图2径向偏振光示意图。图3角向偏振光示意图。图4LP11模的四个简并模式示意图，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向。图5两个LP11模叠加产生径向偏振光的原理示意图。图6两个LP11模叠加产生角向偏振光的原理示意图。图7径向偏振光产生装置示意图。具体实施方式以下结合实施例和附图本专利技术做进一步说明，但不应因此限制本专利技术的保护范围。本专利技术包括第一光纤1、第二光纤2、第三光纤6、第四光纤7、第五光纤11、起偏器4、第一光功率耦合器5、第二光功率耦合器10、两个光纤偏振态调制器8和9，第一光纤1与第二光纤2错位焊接，使得在第二光纤2的纤芯中激励起LP11模式的光束，LP11模式的光束在第二光纤2中传输，传输光经过起偏器4后选择一个偏振方向，然后经过第一光功率耦合器5平均分配至第三光纤6、第四光纤7，调节光纤偏振态调制器8、9，使得第三光纤6、第四光纤7传输的LP11模式偏振态互相垂直，第三光纤6、第四光纤7中传输的光经过第二光功率耦合器10耦合至第五光纤11，两个偏振态互相垂直的LP11模式相互迭加后输出径向偏振光。所述的第一光纤1的入射光是单模激光束，光源是单模激光器3。所述的第一光纤1是单模光纤，第二光纤2是少模光纤或双模光纤，只允许基模和LP11模传输。第三光纤6、第四光纤7和第五光纤11可以是双模光纤、少模光纤或多模光纤。所述的第一光功率耦合器5和第二光功率耦合器10是两个等臂的2×2定向耦合器。所述的偏振态调制器8、9的位置置于第一耦合器5和第三光纤6、第四光纤7之间，或置于第三光纤6、第四光纤7和第二耦合器10之间。本专利技术具有如下特点：1.径向偏振光产生装置结构简单，无需复杂的光路，操作简便。2.径向偏振光产生装置的组成器件制造简单、无需特殊技术和特殊光学元件，制造成本<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向偏振光的产生装置，包括第一光纤(1)、第二光纤(2)、单模激光光源(3)、起偏器(4)、第一光功率耦合器(5)、第三光纤(6)、第四光纤(7)、第一光纤偏振态调制器(8)和第二光纤偏振态调制器(9)、第二光功率耦合器(10)、第五光纤(11)、成像装置(12)，其特征在于：第一光纤(1)与第二光纤(2)错位焊接，使得单模激光束在第二光纤(2)的纤芯中激励起LP11模式的光束，LP11模式的光在第二光纤(2)传输，传输光经过第一光功率耦合器(5)平均分配至第三光纤(6)、第四光纤(7)，第一光纤偏振态调制器(8)和第二光纤偏振态调制器(9)使得第三光纤(6)、第四光纤(7)传输的LP11模式偏振态互相垂直，第三光纤(6)、第四光纤(7)中传输的光经过第二光功率耦合器(10)耦合至第五光纤(11)输出径向偏振光，由成像装置探测。

【技术特征摘要】
1.一种径向偏振光的产生装置，包括第一光纤(1)、第二光纤(2)、单模激光光源(3)、
起偏器(4)、第一光功率耦合器(5)、第三光纤(6)、第四光纤(7)、第一光纤偏振态调制
器(8)和第二光纤偏振态调制器(9)、第二光功率耦合器(10)、第五光纤(11)、成像装置
(12)，其特征在于：第一光纤(1)与第二光纤(2)错位焊接，使得单模激光束在第二光纤
(2)的纤芯中激励起LP11模式的光束，LP11模式的光在第二光纤(2)传输，传输光经过第一
光功率耦合器(5)平均分配至第三光纤(6)、第四光纤(7)，第一光纤偏振态调制器(8)
和第二光纤偏振态调制器(9)使得第三光纤(6)、第四光纤(7)传输的LP11模式偏振态互相
垂直，第三光纤(6)、第四光纤(7)中传输的光经过第二光功率耦合器(10)耦合至第五光

【专利技术属性】
技术研发人员：张羽，赵毓静，赵恩铭，张亚勋，刘志海，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23