改變光束偏振方向二維分布的裝置制造方法及圖紙

一種改變光束偏振方向二維分布的裝置，其特點在于其構成包括沿入射光束方向依次是起偏器、四分之一波片和反射式空間光調制器，該反射式空間光調制器的控制端與控制器的輸出端相連，入射光束通過所述的起偏器起偏后形成線偏振光，該線偏振光的偏振方向與Y軸平行，垂直地入射到所述的四分之一波片上，該四分之一波片的O光的光軸與Y軸的夾角設為45°或-45°。本發明專利技術具有結構簡單，操作方便的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及偏振光學領域，特別是一種用于改變光束偏振方向二維分布的裝置。
技術介紹
工業技術中常常需要形成偏振方向特定二維分布的光束或者改變入射光束的偏振方向。例如，高數值孔徑光刻中采用X-偏振光束(橫電場TE)提高成像對比度，得到更高的曝光線條密集度；光纖通訊中，常常采用偏振裝置矯正由于應力作用、纖芯不規則、光纖傳輸方向不斷變化造成的光偏振態誤差，降低與偏振有關的噪聲，保證光纖通訊質量；徑向偏振光束可以通過逆切倫科夫效應用于加速相對論粒子；特殊偏振光束常常用于偏振光學器件和偏振成像系統的研究。通常采用的偏振方向改變器件是三波片偏振控制器，它由兩個四分之一波片，一個二分之一波片組成，二分之一波片位于兩個四分之一波片之間，每個波片都可繞光軸自 由轉動。該系統中波片的轉動需要電機或者其它機械裝置驅動，這就限制了偏振器的控制速度。美國專利US 8199403B2公開了一種用于微光刻照明的切向偏振和徑向偏振光束產生裝置。該裝置由一個線性起偏器和兩個二分之一波片組成，每個二分之一波片包含四個區域，每個區域的光軸方向不同。當線偏振光通過兩個二分之一波片時，光束被分成8個區域，每個區域具有不同的偏振方向，形成切向或者徑向光束。該裝置的成本低廉，透過率高，但是所用的兩個二分之一波片在制作完成后光學參數無法改變，只能形成特定的偏振分布。
技術實現思路
本專利技術目的在于克服上述現有技術的問題，提供了一種改變光束偏振方向二維分布的裝置，該裝置具有結構簡單，操作方便的特點。本專利技術的技術解決方案如下—種改變光束偏振方向二維分布的裝置，其特點在于其構成包括沿入射光束方向依次是起偏器、四分之一波片和反射式空間光調制器，該反射式空間光調制器的控制端與控制器的輸出端相連，入射光束通過所述的起偏器起偏后形成線偏振光，該線偏振光的偏振方向與Y軸平行，垂直地入射到所述的四分之一波片上，該四分之一波片的O光的光軸與Y軸的夾角設為45°或-45°。在所述的起偏器和四分之一波片之間設有消偏振分光棱鏡。所述的起偏器是偏振片、尼科耳棱鏡、格蘭棱鏡或沃拉斯頓棱鏡。所述的反射式空間光調制器為液晶的反射式空間光調制器、光彈效應反射式純相位型空間光調制器或磁光效應反射式純相位型空間光調制器。所述的反射式空間光調制器的各個單元的O光軸和E光軸的方向一致，O光軸與所述的起偏器的透光軸方向平行；0光相位不變，E光相位延遲量由所述的控制器控制θ ^ δ-90°，其中，θ為偏振方向轉動角度，δ反射式空間光調制器單元的相位延遲量。本專利技術的優點是I只需要對反射式空間光調制器的每個單元進行相位延遲設置或控制即可實現目前所需的任意偏振方向二維分布，兩者具有嚴格的線性關系，可以實現二維偏振方向分布的精密控制。2由于偏振轉換是通過電信號直接控制，無機械運動，不僅消除了振動對系統的影響，并且具有較高的偏振控制速度。3反射式空間光調制器采用計算機程序控制，操作方便，省時省力。4該裝置結構簡單，易于裝調。附圖說明·圖I為本專利技術改變光束偏振方向二維分布的裝置實施例I的光路圖。圖2為本專利技術實施例2的光路圖。圖3Α為反射式空間光調制器一個單元的原理示意圖。圖3Β為施加電壓時空間光調制器單元中液晶分子旋轉示意4為反射式空間光調制器O光軸與四分之一波片O光軸關系示意圖。圖5為采用本專利技術所形成的切向偏振分布示意圖。圖6為采用本專利技術所形成的徑向偏振分布示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明，但不應以此限制本專利技術的保護范圍。圖I為本專利技術改變光束偏振方向二維分布的裝置實施例I的光路圖。由圖可見，本專利技術改變光束偏振方向二維分布的裝置，構成包括沿入射光束方向依次是起偏器I、四分之一波片3和反射式空間光調制器4，該反射式空間光調制器4的控制端與控制器5的輸出端相連，入射光束11通過所述的起偏器I起偏后形成線偏振光12，該線偏振光12的偏振方向與Y軸平行，垂直地入射到所述的四分之一波片3上，該四分之一波片3的O光的光軸與Y軸的夾角設為45°或-45°。頻率和偏振態穩定的光束11，垂直入射至起偏器I表面。如果輻射源產生光束尺寸較小，可能需要擴束器(圖中省略)對光束進行擴束。光束11通過起偏器I起偏，形成線偏振光12，其偏振方向與Y軸平行，入射到四分之一波片3上。該四分之一波片3的O光軸與Y軸的夾角為45°或-45°，四分之一波片3的表面與入射光束12的傳播方向垂直。通過該四分之一波片后的光束14為圓偏振光,該圓偏振光入射到反射式空間光調制器4上。該反射式空間光調制器4的每個單元把經過該單兀的光束分成O光和E光，E光經過反射式空間光調制器4后相位發生改變，O光相位則保持不變，所以經過反射式空間光調制器4反射回來的光束21偏振狀態發生了改變。光束21經過四分之一波片3后變為線偏振光22,該線偏振光束22與入射光11的偏振方向相比發生轉動，轉動角度的大小與控制器5上加載的相位延遲量有關。圖I所示光路中光束11和線偏振光束22之間夾角較小，線偏振光束22的偏振方向與反射式空間光調制器4的相位延遲量的關系為Θ w δ -90°。其中，Θ為偏振方向轉動角度，S反射式空間光調制器單元的相位延遲量。圖2為可以改變光束偏振方向二維分布裝置的另一實施例。本實施例與第一個實施例相比，加入了消偏振分光棱鏡2,所以該光路中,光束22的偏振方向與反射式空間光調制器3的相位延遲量的關系嚴格遵守θ = δ -90°。與圖I所示光路相比，由于采用了消偏振分光棱鏡，能量有一定損失。圖3Α為反射式空間光調制器一個單元的工作原理示意圖。該單元包括第一個透明電極41-1、第二個透明電極41-2、反射層41-3和液晶分子層41_4。光束通過透明電極41-1后入射到液晶分子層41-4，然后透過透明電極41-2，被反射層41_3反射。被反射光束依次通過透明電極41-2、液晶分子層41-4和41-1后出射。控制器5控制電極41_1和41-2之間的電壓。電壓變化可以改變液晶分子的旋轉角度(如圖3Β所示)，從而改變E光軸的折射率。出射光中O光和E光之間的相位差與控兩個電極加載電壓之間的關系為 g(v)=-[E^-aQ3o 、A反射式空間光調制器采用尋址電壓的方式控制其各個單元，所以能夠通過編程的方式對入射至反射式空間光調制器的光束相位進行控制。目前市場上的純相位反射式空間光調制器產品大多是液晶型，主要生產廠商有德國的H0L0EYE公司和美國的BNS公司，相位調制能力與入射波長有關，一般大于2 π。本專利技術所述裝置中的反射式空間光調制器不應認為只能采用上述基于液晶的反射式空間光調制器，還包括采用光彈效應、磁光效應等反射式純相位型空間光調制器。圖4表示四分之一波片與反射式空間光調制器光軸關系圖。圖中QA表示四分之一波片O光軸方向,MA表不反射式空間光調制器O光軸方向。四分之一波片與反射式空間光調制器組合的瓊斯矩陣為r=f cos(o - 90) siii{o-90)1L 」U l-sin(o-90) cos(6-90}J其中δ為反射式空間光調制器單元的相位延遲量。該矩陣表達式表明，四分之一波片和反射式空間光調制器組合能夠使線偏振光的偏振方向旋轉，旋轉角度跟相位延遲量有關。當入射光的偏振方向與Y軸平行時，出射光線的偏振方向為(S -90)。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改變光束偏振方向二維分布的裝置，其特征在于其構成包括沿入射光束方向依次是起偏器（1）、四分之一波片（3）和反射式空間光調制器（4），該反射式空間光調制器（4）的控制端與控制器（5）的輸出端相連，入射光束（11）通過所述的起偏器（1）起偏后形成線偏振光（12），該線偏振光（12）的偏振方向與Y軸平行，垂直地入射到所述的四分之一波片（3）上，該四分之一波片（3）的O光的光軸與Y軸的夾角設為45°或？45°。

【技術特征摘要】
1.一種改變光束偏振方向二維分布的裝置，其特征在于其構成包括沿入射光束方向依次是起偏器(I)、四分之一波片(3)和反射式空間光調制器(4)，該反射式空間光調制器(4)的控制端與控制器(5)的輸出端相連，入射光束(11)通過所述的起偏器(I)起偏后形成線偏振光(12)，該線偏振光(12)的偏振方向與Y軸平行，垂直地入射到所述的四分之一波片(3)上，該四分之一波片(3)的O光的光軸與Y軸的夾角設為45°或-45°。2.根據權利要求I所述的改變光束偏...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張運波，曾愛軍，陳立群，王瑩，黃惠杰，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：