一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法与装置制造方法及图纸

一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法与装置，该装置由两个对称放置的轴锥镜和一个圆筒形内反射镜嵌套组成；采用一束具有平面波前的圆偏振光束垂直入射，入射光经第一个轴锥镜的偏转后，按特定发散角照射圆筒的内反射面，该光束照射圆筒内反射面的入射角满足布鲁斯特定律，其反射光仅保留s偏振分量（振动方向垂直于入射面），反射光继续以相同的角度会聚照射第二个轴锥镜，经偏转后得到具有平面波前的旋向偏振矢量光束，且该光束的相位涡旋拓扑荷绝对值为1。本发明专利技术具有结构简单、抗震性能高、转换效率高以及一体化的优点，既可以内置在激光器腔内也可以放置在激光器腔外，实现由圆偏振光转换为具有相位涡旋拓扑荷绝对值为1的旋向偏振矢量光束。

A method and device for generating a spin polarized vector beam with scroll phase based on axicon

An axicon is generated based on vortex phase rotation with the device to the method of polarization vector beam, the device consists of two symmetrically arranged axicon and a cylindrical inner reflector with a nested composition; beam has a plane wavefront of circularly polarized beam is perpendicular to the incident, the incident light through the first shaft deflection cone according to the internal reflection mirror, specific divergence angle of irradiation cylinder surface, the cylinder reflector beam incident angle obeys Brewster's law, the reflected light only s polarization (vibration direction perpendicular to the incident surface), the reflected light to continue at the same angle converging to illuminate second axicon, with the plane wave to get the spin polarized vector beam deflection, and the topology of the phase vortex beam bearing absolute value is 1. The invention has the advantages of simple structure, high shock resistance, high conversion efficiency and integration advantages, can be embedded in the laser cavity can also be placed in the laser cavity, realized by circularly polarized light is converted into a vortex phase topological charge of the absolute value of 1 to spin polarization vector beam.

【技术实现步骤摘要】
一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法与装置
本专利技术涉及一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法与装置，属于矢量光束调制

技术介绍
由于具有偏振态非均匀分布的矢量光束具有传统的均匀偏振光束（如线偏振光束、圆偏振光束）所不具备的特性，使其在近几年的研究中引发了越来越多的关注[参见文献1-2]。特别是具有中心对称偏振分布的矢量光束能够产生非常奇特的聚焦特性，从而使矢量光束在表面等离子体激发[参见文献3]、光镊[参见文献4]、激光微加工[参见文献5]等领域获得了广泛的应用。在具有中心对称偏振分布的矢量光束中，最典型的两个例子就是径向偏振矢量光束和旋向偏振矢量光束：径向偏振矢量光束在紧聚焦后可得到很强的纵向电场分量，这种纵向场能够用来获得超衍射极限的聚焦光斑；旋向偏振矢量光束在聚焦之后则可以得到纯的中空横向电场，特别是当采用拓扑荷TC=1的旋向偏振涡旋光束进行聚焦时可以获得超衍射极限的更小的聚焦光斑[参见文献6]。目前大多数商用激光器仅能产生均匀偏振光束，需要通过光束调制手段来获得矢量光束。矢量光束的生成方式大致可以分为主动式和被动式[参见文献7]：主动式主要是指通过在激光器谐振腔内设计特殊的偏振模式选择器件，使激光产生柱对称式振荡模式的方法[参见文献8-14]；而被动式则主要是通过在激光器的腔内[参见文献15]或腔外设计静态[参见文献16-18]或动态[参见文献19-26]调控的衍射或干涉光路，通过波面整形或波面变换的手段来获得矢量光束。主动式生成矢量光束具有转换效率高的优点，但在灵活性方面存在一定的不足，一般只能获得柱对称模式中最简单的径向偏振和旋向偏振两种矢量光束；被动式生成方式则可以通过改变光路结构、更换光学元件或采用动态调制光学元件等手段根据具体的需要来实现不同模式的矢量光束，但其也存在抗震性能差、结构复杂、转换效率较低的问题。综上所述，设计一种结构简单、抗震性能好、转换效率高，特别是具有一体化特点的矢量光束生成装置仍是研究的热点。以上所述及的文献是：文献1.R.Dorn,S.Quabis,andG.Leuchs.Sharperfocusforaradiallypolarizedlightbeam[J].Phys.Rev.Lett.,2003,91(23):233901.文献2.QiwenZhanandJamesR.Leger.Focusshapingusingcylindricalvectorbeams[J].Opt.Express,2002,10(7):324-331.文献3.Qiwen.Zhan.EvanescentBesselbeamgenerationviasurfaceplasmonresonanceexcitationbyaradiallypolarizedbeam[J].Opt.Lett.,2006,31(11):1726-1728.文献4.T.A.Nieminen,N.R.Heckenberg,andH.Rubinsztein-Dunlop.Forcesinopticaltweezerswithradiallyandazimuthallypolarizedtrappingbeams[J].Opt.Lett.,2008,33(2):122-124.文献5.M.Meier,V.Romano,andT.Feurer.Materialprocessingwithpulsedradiallyandazimuthallypolarizedlaserradiation[J].Appl.Phys.,AMater.Sci.Process.,2007,86(3):329–334.文献6.YoungworthKS,BrownTG.Focusingofhighnumericalaperturecylindrical-vectorbeams.Opt.Express,2000,7(2):77-87.文献7.Q.Zhan.Cylindricalvectorbeamsfrommathematicalconceptstoapplications[J].Adv.Opt.Photon.2009,1(1):1-57.文献8.D.Pohl.OperationofaRubylaserinthepurelytransverseelectricmodeTE01[J].Appl.Phys.Lett.,1972,20(7):266-267.文献9.YuichiKozawaandShunichiSato.GenerationofaradiallypolarizedlaserbeambyuseofaconicalBrewsterprism[J].Opt.Lett.,2005,30(22):3063-3065.文献10.J.F.Bisson,J.Li,K.Ueda,andYu.Senatsky.Radiallypolarizedringandarcbeamsofaneodymiumlaserwithanintra-cavityaxicon[J].Opt.Express,2006,14(8):3304-3311.文献11.MarwanAbdouAhmed,AndreasVoss,MoritzM.Vogel,andThomasGraf.MultilayerpolarizinggratingmirrorusedforthegenerationofradialpolarizationinYb:YAGthin-disklasers[J].Opt.Lett.,2007,32(22):3272-3274.文献12.T.Moser,H.Glur,V.Romano,F.Pigeon,O.Parriaux,M.A.Ahmed,andT.Graf.Polarization-selectivegratingmirrorsusedinthegenerationofradialpolarization[J].Appl.Phys.B,2005,80(6):707-713.文献13.TobiasMoser,JürgBalmer,DanaëDelbeke,PeterMuys,StevenVerstuyft,andRoelBaets.IntracavitygenerationofradiallypolarizedCO2laserbeamsbasedonasimplebinarydielectricdiffractiongrating[J].Appl.Opt.,2006,45(33):8517-8522.文献14.MartinRumpel,MatthiasHaefner,ThomasSchoder,ChristofPruss,AndreasVoss,WolfgangOsten,MarwanAbdouAhmed,andThomasGraf.Circulargratingwaveguidestructuresforintracavitygenerationofazimuthalpolarizationinathin-disklaser[J].Opt.Lett.,2012,37(10):1763-1765.文献15.RamO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法，其特征在于包括以下步骤：①采用一束具有平面波前的圆偏振光垂直入射；②第一个轴锥镜将入射的平行光束偏转为先会聚后发散的环形光束，发散后的环形光以一定的入射角度照射圆筒形内反射镜的内反射面；③入射到圆筒形内反射面的光束，其入射角满足布鲁斯特角，反射光仅保留s偏振分量；④反射光波前的偏振态分布具备中心对称的旋向偏振分布，同时具有拓扑荷绝对值为1的涡旋相位；⑤经反射的环形光束，其传播方式同样是先会聚后发散；⑥在反射光光路中再放置第二个轴锥镜，其方位与第一个轴锥镜对称，将发散的旋向偏振涡旋光束再次偏转为具有平面波前的，相位涡旋拓扑荷绝对值为1的旋向偏振矢量光束。

【技术特征摘要】
1.一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法，其特征在于包括以下步骤：①采用一束具有平面波前的圆偏振光垂直入射；②第一个轴锥镜将入射的平行光束偏转为先会聚后发散的环形光束，发散后的环形光以一定的入射角度照射圆筒形内反射镜的内反射面；③入射到圆筒形内反射面的光束，其入射角满足布鲁斯特角，反射光仅保留s偏振分量；④反射光波前的偏振态分布具备中心对称的旋向偏振分布，同时具有拓扑荷绝对值为1的涡旋相位；⑤经反射的环形光束，其传播方式同样是先会聚后发散；⑥在反射光光路中再放置第二个轴锥镜，其方位与第一个轴锥镜对称，将发散的旋向偏振涡旋光束再次偏转为具有平面波前的，相位涡旋拓扑荷绝对值为1的旋向偏振矢量光束。2.根据权利要求1所述的一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的方法，其特征在于：采用一束具有平面波前、偏振态为圆偏振态的平面光束或高斯光束垂直于轴锥镜底面照射上述装置，圆偏振光既可以为右旋圆偏振光，也可以为左旋圆偏振光。3.一种基于轴锥镜产生具有涡旋相位的旋向偏振矢量光束的装置，其特征在于包括：轴锥镜（1），轴锥镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣振宇，张莉，韩玉晶，陈小艺，国承山，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37