本實(shí)用新型涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于獲取角向偏振光或徑向偏振光的微結(jié)構(gòu)器件。

背景技術(shù)：

偏振性是光的一種基本特性。目前，角向偏振光和徑向偏振光作為矢量光束得到了大量的研究。它們的產(chǎn)生方法主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是腔內(nèi)法，即在激光腔內(nèi)直接添加特殊光學(xué)元器件產(chǎn)生偏振光，如在激光器的諧振腔中放置雙折射晶體等介質(zhì)，通過(guò)選模的方法來(lái)產(chǎn)生角向偏振光；另一類(lèi)是腔外法，如螺旋相位板法，組合波片法，相干偏振操縱法，使用徑向偏振光轉(zhuǎn)換器等。然而，現(xiàn)有角向偏振光和徑向偏振光產(chǎn)生裝置大多較為復(fù)雜，成本過(guò)高，操作及產(chǎn)生光束的過(guò)程非常繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)生偏振光質(zhì)量高的微結(jié)構(gòu)器件，以解決上述問(wèn)題。

本實(shí)用新型提供一種微結(jié)構(gòu)器件，包括圓形器件本體；所述圓形器件本體具有透光區(qū)域和非透光區(qū)域；所述非透光區(qū)域?yàn)橐运鰣A形器件本體的中心作為圓心構(gòu)成半徑為r的區(qū)域；所述透光區(qū)域?yàn)橐运鰣A心器件本體的中心作為圓心構(gòu)成半徑為R的區(qū)域去除所述非透光區(qū)域后的區(qū)域；所述透光區(qū)域上設(shè)有以所述圓形器件本體的中心為對(duì)稱(chēng)中心成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的溝槽結(jié)構(gòu)。

該微結(jié)構(gòu)器件利用在器件本體設(shè)置透光區(qū)域和非透光區(qū)域，以及設(shè)于透光區(qū)域上的溝槽結(jié)構(gòu)，控制出射光的偏振方向，可得到角向偏振光或徑向偏振光。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，得到一個(gè)實(shí)現(xiàn)局部圓偏光與線偏光相互轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述圓形器件本體為薄片狀。

作為優(yōu)選，所述溝槽結(jié)構(gòu)由若干條凹陷條紋和若干條突起條紋交錯(cuò)分布構(gòu)成。

作為優(yōu)選，相鄰?fù)黄饤l紋與凹陷條紋之間的相交線構(gòu)成曲率不同的溝槽交界線。

作為優(yōu)選，溝槽周期寬度d隨所述透光區(qū)域的半徑R增大而增大。

作為優(yōu)選，所述凹陷條紋的寬度與所述突起條紋的寬度相等。

作為優(yōu)選，所述透光區(qū)域上的溝槽結(jié)構(gòu)在器件的同一面上。

作為優(yōu)選，該微結(jié)構(gòu)器件由高折射率透明光學(xué)材料制成。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型微結(jié)構(gòu)器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生偏振光質(zhì)量高，減少了產(chǎn)生偏振光的光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜程度，降低了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型微結(jié)構(gòu)器件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型微結(jié)構(gòu)器件的局部周期結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1，本實(shí)用新型一種微結(jié)構(gòu)器件包括圓形器件本體，該器件本體優(yōu)選為圓形薄片狀。所述圓形器件本體的分為兩個(gè)區(qū)域，中心區(qū)域?yàn)榉峭腹鈪^(qū)域，所述非透光區(qū)域以所述圓形器件本體的中心作為圓心構(gòu)成半徑為r的區(qū)域；剩下的區(qū)域?yàn)橥腹鈪^(qū)域，所述透光區(qū)域是半徑大于r的區(qū)域，為環(huán)形區(qū)域，也就是以所述圓心器件本體的中心作為圓心構(gòu)成半徑為R的區(qū)域除去所述非透光區(qū)域后的區(qū)域。所述透光區(qū)域上浮雕有溝槽結(jié)構(gòu)。所述溝槽結(jié)構(gòu)以該圓形器件本體的圓心為對(duì)稱(chēng)中心呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。

如圖1、2，所述溝槽結(jié)構(gòu)由若干條凹陷條紋（如圖1中白色部分）和若干條突起條紋（如圖1中黑色部分）交錯(cuò)分布構(gòu)成。所述凹陷條紋和所述突起條紋均按相同方向成一定曲率旋轉(zhuǎn)布置，所形成的溝槽結(jié)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。一般，所述微結(jié)構(gòu)器件的溝槽結(jié)構(gòu)數(shù)量是固定的，當(dāng)溝槽的周期寬度d隨著半徑增大而增大，其中，所述溝槽的周期寬度為所述凹陷條紋寬度和所述突起條紋寬度之和，而在任意一個(gè)圓周上溝槽的周期寬度d為常數(shù)。

根據(jù)矢量光學(xué)理論，光波的偏振電矢量可以看作是電矢量垂直于入射面的偏振（s矢量）與電矢量平行于入射面的偏振（p矢量）的疊加。當(dāng)光束入射如圖2所示的周期性溝槽結(jié)構(gòu)時(shí)，其出射光束的方向、振幅和相位均會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，其變化的具體數(shù)值同溝槽結(jié)構(gòu)的周期寬度d、最終蝕刻深度h、填充因子（a與d的比值）以及材料折射率密切相關(guān)。其中，填充因子為一常數(shù)，一般為便于加工，可優(yōu)選為二分之一，即所述凹陷條紋的寬度與所述突起條紋的寬度相等；所述材料折射率也為定值，當(dāng)制成該微結(jié)構(gòu)器件的材料一定時(shí)，材料折射率則一定，該微結(jié)構(gòu)器件優(yōu)選為高折射率透明光學(xué)材料。當(dāng)這四個(gè)主要參數(shù)均為合適數(shù)值時(shí)，器件可使入射光束的s矢量和p矢量產(chǎn)生一個(gè)π/2的相差，而對(duì)s矢量和p矢量的振幅比以及光束的傳播方向不形成改變。在局部的作用如同λ/4波片下，再通過(guò)控制溝槽的刻蝕方向，即可以達(dá)到控制出射光偏振方向目的，進(jìn)而可以產(chǎn)生角向偏振光場(chǎng)或者徑向偏振光場(chǎng)。溝槽參數(shù)與出射光參數(shù)之間的關(guān)系可以通過(guò)嚴(yán)格耦合波理論分析得到，并且有相當(dāng)高的精度。

制作器件，首先應(yīng)獲取局部溝槽微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。假定與s矢量夾角為45°的線偏光入射器件，根據(jù)嚴(yán)格耦合波理論和如圖2所示的器件微觀結(jié)構(gòu)，列出相應(yīng)的嚴(yán)格耦合波方程組，計(jì)算出出射光電矢量在x和y方向上振動(dòng)的復(fù)振幅和；檢驗(yàn)和是否滿足出射光的約束條件：（1）除0級(jí)外，其他級(jí)次的出射光為0；（2）透射光0級(jí)的電矢量復(fù)振幅在x和y兩個(gè)方向上大小相等；（3）透射光0級(jí)的電矢量復(fù)振幅在x和y兩個(gè)方向上相位相差π/2。如果不滿足，對(duì)本次蝕刻深度值進(jìn)行更新，再代入嚴(yán)格耦合波方程組，直到滿足約束條件為止，則此時(shí)得到最終蝕刻深度h值，即突起條紋的高度；而周期寬度d是根據(jù)器件整體結(jié)構(gòu)得到的，可以根據(jù)器件本體周長(zhǎng)除以溝槽數(shù)量獲得，或根據(jù)實(shí)際加工便利性而人為確定。這樣得到了完整的器件溝槽微觀局部參數(shù)。

之后，還需要確定溝槽整體形狀。溝槽凸起條紋和凹陷條紋之間的相交線為溝槽交界線。所述溝槽交界線的數(shù)量為所述溝槽數(shù)量的兩倍；第n條溝槽交界線滿足特定極坐標(biāo)函數(shù)（極坐標(biāo)系原點(diǎn)為器件本體中心），以產(chǎn)生角向偏振光或徑向偏振光。

每條凸起條紋具有兩側(cè)相鄰的凹陷條紋，且凸起條紋與不同相鄰凹陷條紋構(gòu)成曲率不同的交界線，在此我們將對(duì)同一條凸起條紋兩側(cè)的不同交界線劃分為第一側(cè)交界線和第二側(cè)交界線。以角向偏振光為例進(jìn)行說(shuō)明，且本申請(qǐng)不局限于角向偏振光。刻蝕溝槽前首先要得到描述溝槽結(jié)構(gòu)的函數(shù)。得到了第一側(cè)交界線和第二側(cè)交界線在以器件中心為原點(diǎn)建立的極坐標(biāo)下的函數(shù)方程，整個(gè)器件的結(jié)構(gòu)也就隨之確定了。由于出射光為角向偏振光，在出射光場(chǎng)中某一點(diǎn)的偏振方向應(yīng)與此點(diǎn)的方位角方向垂直。根據(jù)溝槽切線方向與出射光偏振方向夾角為45°的關(guān)系可得知，第一側(cè)交界線和第二側(cè)交界線在極坐標(biāo)下的函數(shù)應(yīng)為對(duì)數(shù)函數(shù)。

得到溝槽的描述函數(shù)后，就可以根據(jù)函數(shù)，在光學(xué)材料表面上刻蝕出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)器件功能。

上面所述的實(shí)施例僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。