本发明专利技术属于空间光场调控领域，涉及一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，包括密封盒、非对称三角反射器以及空间光调制器；非对称三角反射器以及空间光调制器相对设置并置于密封盒内部；密封盒上开设有入光孔以及出光孔；入射光依次经入光孔、非对称三角反射器、空间光调制器以及非对称三角反射器后从出光孔射出。本发明专利技术提供了一种高精度光场调控、无需空间滤波器即可抑制零级光束、空间光场调控装置模块化和紧凑化以及易于与其它系统结合的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。
【技术实现步骤摘要】
无零级衍射光的空间光调制器耦合装置
本专利技术属于空间光场调控领域，涉及一种空间光调制器耦合装置，尤其涉及一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。
技术介绍
1960年激光器的专利技术极大地促进了自然科学研究的发展，如激光生命科学、光信息处理、光学微纳加工等大量以激光为基础的科学研究领域涌现。普通商用激光器的主要限制是输出模式固定，一般是基模高斯光束，无法满足现代科学研究和应用对光场振幅、相位和偏振态特定分布的要求。基于空间光调制器调控光场空间参量的空间光场调控技术将基模高斯光束转换为新颖的任意结构光场，推动了光信息存储、光学微纳加工、光通信、光学显微和光学微操纵等领域的快速发展。常用的光场调控器件主要有数字微镜器件(DigitalMicromirrorDevice，DMD)、变形镜(DeformableMirror，DM)和液晶空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)。在科学研究中，液晶空间光调制器由于光能利用率高而成为应用最多的器件。液晶空间光调制器利用液晶分子的双折射特性调制光场的相位分布，进而控制光场的强度和偏振特性。液晶分子的光学各向异性使得光场的相位调制深度不仅与液晶分子的光轴取向相关，还与入射光的偏振态有关。液晶空间光调制器是一种偏振选择器件，只对具有特定偏振态的入射光进行调制，通常是水平方向的线偏振光。其中，最常用的反射式液晶空间光调制器的工作方式有正入射和小角度入射两种，分别如图1和图2所示。对于正入射方式，需要采用非偏振分光棱镜(如图1中的NPBS)来实现相位调制，由此导致系统的光能量利用率要低于25％，过低的能量利用率使该工作方式甚少被应用。为了最大程度利用光能，研究人员常采用小角度入射的方式。小角度入射会降低光场调控精度。理论上，入射角度越大，精度越低。为了保证光场调控的准确度，入射光角度通常要求很小，例如德国HoloEYE公司要求角度小于6°，而日本Hamamatsu公司要求角度小于10°。小角度入射方式中入射光和出射光的完全分离会导致激光束需要传播较长的一段距离，如图2中的d1。同时考虑到用于准直和分离两束光束的光学元件的尺寸，这种系统存在着光路散乱、占用空间大，进而降低系统稳定性。此外，由于液晶空间光调制器的栅格结构，即填充因子无法达到100％，入射光经空间光调制器调制后会产生未被调制的零级光束，降低光场质量。因此，需要抑制零级光束。常用的方法是利用空间滤波器(图3中的光阑)只允许调制光场(图3中的+1级光束)通过，将零级光束(图3中的0级光束)阻挡。这样就保证了最后系统只有被调制后的光场分布。空间滤波器的引入不仅增加了系同的复杂性，而且在特定应用中也难以实现。例如在飞秒激光加工中，过高的光功率密度会烧坏放置在透镜焦面上的空间滤波器。此外，空间滤波器的引入会增加调制光(+1级)的出射角度，降低调制精度。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的系统光路零散、零级光束滤波的问题，本专利技术提供了一种高精度光场调控、无需空间滤波器即可抑制零级光束、空间光场调控装置模块化和紧凑化以及易于与其它系统结合的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述无零级衍射光的空间光调制器耦合装置包括密封盒、非对称三角反射器以及空间光调制器；所述非对称三角反射器以及空间光调制器相对设置并置于密封盒内部；所述密封盒上开设有入光孔以及出光孔；入射光依次经入光孔、非对称三角反射器、空间光调制器以及非对称三角反射器后从出光孔射出。上述非对称三角反射器与空间光调制器的位置关系满足：d2≥d1；其中：d1是入射至空间光调制器的入射光和经空间光调制器调制后的出射光的交汇点到空间光调制器的垂直距离；d2是非对称三角反射器的顶点到空间光调制器的垂直距离。上述非对称三角反射器的顶角α与经空间光调制器调制后的激光束的出射角度β的关系是：α＝90°+β/2。上述非对称三角反射器包括第一反射腰面以及与第一反射腰面相连的第二反射腰面；入射光依次经入光孔、第一反射腰面、空间光调制器以及第二反射腰面后从出光孔射出；所述非对称三角反射器的顶点是第一反射面以及第二反射面的连接点。上述第一反射腰面与密封盒轴线之间的夹角是45°；所述第二反射腰面与密封盒轴线之间的夹角是γ，所述γ＝45°+β/2。上述非对称三角反射器的顶角α是93°～95°，所述第二反射腰面与密封盒轴线之间的夹角γ为48°～50°。上述第一反射腰面以及第二反射腰面均镀有高反射膜。上述入光孔以及出光孔同心。上述无零级衍射光的空间光调制器耦合装置还包括设置在密封盒上的螺纹孔。上述螺纹孔以入光孔和出光孔的连线为中心均布于入光孔的圆周方向和/或出光孔的圆周方向。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，包括密封盒、非对称三角反射器以及空间光调制器；非对称三角反射器以及空间光调制器相对设置并置于密封盒内部；密封盒上开设有入光孔以及出光孔；入射光依次经入光孔、非对称三角反射器、空间光调制器以及非对称三角反射器后从出光孔射出。密封盒两侧设置有入射光和出射光通过的通光孔；非对称三角反射器设置在空间光调制器的入射光路和出射光路上，用于耦合入射光和出射光，非对称三角反射器的两个非对称面表面镀有高反射膜。本专利技术同时实现了激光束垂直入射和调制光束小角度出射、无需空间滤波器即可抑制零级光束，解决了目前在反射式空间光场调控系统中普遍存在的元器件离散、系统不稳定、零级光束抑制困难等问题。本专利技术在高效率耦合输入和输出激光束的前提下，避免了零级光束的干扰，大大压缩了空间光场调控光路的占用空间，使得整个空间光场调控装置小型化和紧凑化，大大降低整机的体积重量，非常有利于系统的模块化和仪器化。本专利技术利用非对称三角反射器实现激光束垂直入射空间光调制器和调制光小角度出射；利用非对称三角反射器实现抑制未经空间光调制器调制的零级光束；利用非对称三角反射器可以引导并在最小的距离内分离入射光和出射光；基于非对称三角反射器耦合光束的反射式空间光场调控模块具有高光能利用率和宽波段适用性，适用对于可见光波段到中红外波长范围内的光源，极大地扩展了空间光场调控模块的适用范围。本专利技术的入射光和出射光平行，非常有利于系统光路的调节和继续拓展功能。本专利技术可以广泛应用于所有使用反射式空间光调制器的空间光场调控系统中，例如光镊系统、结构照明显微系统、光信息处理与存储系统等。本专利技术中密封盒可以遮挡激光束被SLM调制后产生的各个级次的衍射光。另外，密封的密封盒有助于隔绝灰尘，避免SLM因吸附过多的灰尘而导致损伤阈值的降低，从而有效地保护SLM。本专利技术可以设置不同的非对称三角反射器的顶角α和腰面22的角度γ，满足了激光束垂直入射和调制光小角度出射要求，提高了光场调控的准确度。附图说明图1是空间光调制器SLM在光学系统中正入射方式的示意图；图2是空间光调制器SLM在光学系统中小角度入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述无零级衍射光的空间光调制器耦合装置包括密封盒(3)、非对称三角反射器(2)以及空间光调制器(1)；所述非对称三角反射器(2)以及空间光调制器(1)相对设置并置于密封盒(3)内部；所述密封盒(3)上开设有入光孔(31)以及出光孔(32)；入射光依次经入光孔(31)、非对称三角反射器(2)、空间光调制器(1)以及非对称三角反射器(2)后从出光孔(32)射出。/n
【技术特征摘要】
1.一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述无零级衍射光的空间光调制器耦合装置包括密封盒(3)、非对称三角反射器(2)以及空间光调制器(1)；所述非对称三角反射器(2)以及空间光调制器(1)相对设置并置于密封盒(3)内部；所述密封盒(3)上开设有入光孔(31)以及出光孔(32)；入射光依次经入光孔(31)、非对称三角反射器(2)、空间光调制器(1)以及非对称三角反射器(2)后从出光孔(32)射出。
2.根据权利要求1所述的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述非对称三角反射器(2)与空间光调制器(1)的位置关系满足：d2≥d1；
其中：
d1是入射至空间光调制器(1)的入射光和经空间光调制器(1)调制后的出射光的交汇点到空间光调制器(1)的垂直距离；
d2是非对称三角反射器(2)的顶点到空间光调制器(1)的垂直距离。
3.根据权利要求2所述的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述非对称三角反射器(2)的顶角α与经空间光调制器(1)调制后的激光束的出射角度β的关系是：α＝90°+β/2。
4.根据权利要求3所述的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述非对称三角反射器(2)包括第一反射腰面(21)以及与第一反射腰面(21)相连的第二反射腰面(22)；入射光依次经入光孔(31)、第一反射腰面(21)、空间光调制器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁言生，雷铭，汪召军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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