一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种生成紫外矢量光束的装置，包括激光器、可见光波段矢量光束生成系统、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜、倍频晶体，所述检测系统包括四分之一波片、检偏器、工业相机CCD。本发明专利技术首先生成实验上易于实现和观测的可见光波段的矢量光束，再通过倍频或和频手段获得不易于观测到的紫外矢量光束，光路简单，元器件成本较低，易于实现；通过改变生成的可见光波段矢量光束偏振态，本发明专利技术可以生成不同偏振拓扑和的紫外矢量光束，操作简单，灵活，可控性强。

【技术实现步骤摘要】
一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法
本专利技术属于现代光子学
，涉及一种生成紫外波段矢量光束的装置及方法，更为具体的说，是涉及一种基于二次谐波效应或三次谐波效应的紫外矢量光束生成技术。
技术介绍
矢量光束，相对于标量光束而言，是指同一时刻同一波阵面上不同位置具有不同偏振态的光束，也称之为偏振态非均匀分布的光束。对于矢量光束而言，其偏振态分布是空间变化的，这种独特性导致矢量光束出现许多新颖性质，在众多科学领域有着重要的学术价值和潜在应用，如光学微纳加工(HnatovskyC,ShvedovV,KrolikowskiW,etal.Revealinglocalfieldstructureoffocusedultrashortpulses[J].PhysicalReviewLetters,2011,106(12):123901.)、光学微操纵(ZhanQ.TrappingmetallicRayleighparticleswithradialpolarization[J].OpticsExpress,2004,12(15):3377-3382.)、高分辨显微成像(K.Watanabe,N.Horiguchi,andH.Kano,Optimizedmeasurementprobeofthelocalizedsurfaceplasmonmicroscopebyusingradiallypolarizedillumination[J].AppliedOptics,2007,46(22):4985-4990.)等。这些应用所用矢量光束都在可见光或红外波段。目前已有的生成矢量光束的方法有如下几种：(1)通过设计谐振腔生成矢量光束场(KazuhiroYonezawa,YuichiKozawa,andShunichiSato.Generationofaradiallypolarizedlaserbeambyuseofthebirefringenceofac-cutNd:YVO4crystal[J].OpticsLetters,2006,31(14):2151-2153)；(2)利用S-waveplate生成矢量光束(G.Machavariani,Y.Lumer,I.Moshe,A.Meir,andS.Jackel.Spatially-variableretardationplateforefficientgenerationofradiallyandazimuthally-polarizedbeams[J].OpticsCommunications,2008,281(4):732-738.)；(3)基模激光经过光学元件转化为矢量光场(StalderM,SchadtM.Linearlypolarizedlightwithaxialsymmetrygeneratedbyliquid-crystalpolarizationconverters[J].OpticsLetters,1996,21(23):1948-1950.)；(4)利用4F系统生成任意矢量光束(Xi-LinWang,JianpingDingetal.Generationofarbitraryvectorbeamswithaspatiallightmodulatorandacommonpathinterferometricarrangement[J].OpticsLetters,2007,32(24):3549-3551)。然而现有的研究生成矢量光束的方法由于所用的光学元件透光光谱范围较窄，不适用于紫外波段，且在紫外光波段光学元件的吸收很强，实验上生成操作难度较大，所得到的矢量光束波长多为可见光波段或者红外波段。由于紫外波段矢量光束在光学加工、光学捕获、超分辨成像等方面具有广阔应用，且在研究光与物质相互作用等领域有着重要意义，生成紫外矢量光束成为一个需要解决的问题。而现有的方法生成的矢量光束一般都在可见光波段，紫外波段的矢量光束生成难度较大。
技术实现思路
我们发现，利用倍频晶体对可见光波段矢量光束进行激光二倍频、三倍频或和频，可以得到波长在紫外波段的矢量光束，且该紫外矢量光束仍然具有空间变化分布的偏振态。这种方法的优势在于，我们可以首先生成实验上易于实现和观测的可见光波段的矢量光束，再通过倍频手段获得不易于观测到的紫外矢量光束，实验步骤较为简单灵活，容易调控，通过改变生成的可见光波段矢量光束偏振态，我们可以生成不同偏振拓扑和的紫外矢量光束。基于此，本专利技术提供一种生成紫外矢量光束的装置和方法，用于解决目前缺乏生成紫外矢量光束的方法的技术缺陷。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种生成紫外矢量光束的装置，包括激光器、可见光波段矢量光束生成系统、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜、倍频晶体，所述检测系统包括四分之一波片、检偏器、工业相机CCD，凸透镜、倍频或和频功能部件、四分之一波片、检偏器、工业相机CCD沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频或和频功能部件位于凸透镜的焦平面上；激光器用于输出线偏振激光束，可见光波段矢量光束生成系统用于将激光器输出的线偏振激光束转化为可见光波段的矢量光束，凸透镜用于将可见光波段的矢量光束会聚后入射到倍频或和频功能部件上，倍频或和频功能部件产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束，检测系统用于记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。进一步的，所述可见光波段矢量光束生成系统将出射激光生成可调控的矢量光束，波长范围在可见光至红外光波段。进一步的，紫外光波段矢量光束生成系统中的倍频或和频功能部件与激光器输出波长相匹配，能够实现二倍频、三倍频或高次倍频。进一步的，倍频或和频功能部件采用非线性晶体或蒸汽。进一步的，非线性晶体包括BBO晶体。一种生成紫外矢量光束的方法，包括如下步骤：步骤1，激光器输出线偏振激光束；步骤2，步骤1中线偏振激光束经过可见光波段矢量光束生成系统后转化为可见光波段的矢量光束；步骤3，步骤2得到的可见光波段的矢量光束通过凸透镜会聚后入射到倍频晶体上，产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束；步骤4，通过四分之一波片、检偏器和工业相机CCD来记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。进一步的，通过改变可见光波段矢量光束生成系统出射的可见光波段矢量光束偏振态，调控紫外波段矢量光束的偏振拓扑荷。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：1.本专利技术能够将不同波长的可见光或红外光矢量光束转化为紫外矢量光束，光路简单，元器件成本较低，易于实现。2.本专利技术可以通过调控泵浦光的偏振分布，进而调控生成的紫外矢量光束的偏振分布，操作简单，灵活，可控性强。3.本专利技术生成的紫外矢量光束偏振态仍为局域线偏振，并且拓扑和与泵浦光的偏振拓扑和相关。附图说明图1为本专利技术提供的一种生成紫外波段矢量光束的装置结构示意图。图2为通过可见光波段矢量光束生成系统生成不同偏振拓扑荷数(m)的旋向变化的局域线偏振矢量光束的模拟光强分布图，图(a)是模拟X分量光强分布图，图(b)是模拟Y分量光强分布图，图(c)是模拟总光强分布图，图上箭头为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：包括激光器(1)、可见光波段矢量光束生成系统(2)、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜(4)、倍频晶体(5)，所述检测系统包括四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)；凸透镜(4)、倍频或和频功能部件、四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频或和频功能部件位于凸透镜(4)的焦平面上；激光器(1)用于输出线偏振激光束，可见光波段矢量光束生成系统(2)用于将激光器(1)输出的线偏振激光束转化为可见光波段的矢量光束，凸透镜(4)用于将可见光波段的矢量光束会聚后入射到倍频或和频功能部件上，倍频或和频功能部件用于产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束，检测系统用于记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。

【技术特征摘要】
1.一种生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：包括激光器(1)、可见光波段矢量光束生成系统(2)、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜(4)、倍频晶体(5)，所述检测系统包括四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)；凸透镜(4)、倍频或和频功能部件、四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频或和频功能部件位于凸透镜(4)的焦平面上；激光器(1)用于输出线偏振激光束，可见光波段矢量光束生成系统(2)用于将激光器(1)输出的线偏振激光束转化为可见光波段的矢量光束，凸透镜(4)用于将可见光波段的矢量光束会聚后入射到倍频或和频功能部件上，倍频或和频功能部件用于产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束，检测系统用于记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。2.根据权利要求1所述的生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：所述可见光波段矢量光束生成系统(2)将出射激光(3)生成可调控的矢量光束，波长范围在可见光至红外光波段。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾兵，刘天宇，胡月球，芮光浩，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32