一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)及方法，尤其涉及矢量偏振 光束的空間調(diào)制系統(tǒng)及方法，基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)及方法的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 矢量偏振光束（VPB)的空間偏振分布引起的特殊性質(zhì)，使其與線偏振光、圓偏振 光有許多顯著的不同，引起業(yè)內(nèi)研宄人員的廣泛關(guān)注。矢量偏振光束在多種領(lǐng)域有廣泛的 應(yīng)用，例如引導(dǎo)和捕捉粒子、粒子加速、提高顯微鏡的分辨率、金屬切割、提高存儲(chǔ)密度以及 表面等離子體共振（SPR)等方面。隨著人們對(duì)矢量偏振光束認(rèn)識(shí)的不斷深入，它將在越來 越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。至今為止，產(chǎn)生矢量偏振光束的實(shí)驗(yàn)方法有很多種，且已有較成 熟的儀器，這些儀器通常只能直接產(chǎn)生單一的矢量偏振光束，如徑向矢量偏振光束或角向 矢量偏振光束。研宄試驗(yàn)中，經(jīng)常通過加入兩個(gè)半波片實(shí)現(xiàn)對(duì)徑向矢量偏振光束和角向矢 量偏振光束進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。
[0003] 然而，這種轉(zhuǎn)換方法并不方便，因?yàn)槔冒氩ㄆ荒苓M(jìn)行徑向矢量偏振光束和角 向矢量偏振光束之間的轉(zhuǎn)換，當(dāng)研宄人員需要使用其他類型的矢量偏振光束時(shí)，就必須重 新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)光路來產(chǎn)生所需的矢量偏振光束，而無法通過簡單地調(diào)整波片使已知的矢量偏 振光束變更為研宄所需的其他類型的矢量偏振光束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述缺點(diǎn)提出了一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)。本發(fā)明 設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，方便實(shí)用。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提出一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方 法。本發(fā)明操作簡單，調(diào)節(jié)方便，能將入射的矢量偏振光束轉(zhuǎn)換成其他類型的矢量偏振光 束，彌補(bǔ)目前其他轉(zhuǎn)換方法中采用波片作為轉(zhuǎn)換器件，且只能轉(zhuǎn)換成單一矢量偏振光束的 不足。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括有激光器、空間光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闌、第 二共焦透鏡、位相型朗奇光柵、磁光效應(yīng)裝置，其中激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡后準(zhǔn)直后形 成入射光束，入射光束入射到空間光調(diào)制器，通過第一共焦透鏡后，經(jīng)過圓孔光闌選級(jí)，再 經(jīng)過兩個(gè)波片形成左旋和右旋的兩束圓偏振光，兩束圓偏振光通過第二共焦透鏡聚焦，再 經(jīng)過位相型朗奇光柵形成徑向矢量偏振光束，徑向矢量偏振光束通過磁光效應(yīng)裝置能形成 其他類型的矢量偏振光束。
[0007] 本發(fā)明基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方法，包括如下步驟：
[0008] 1)激光光束入射到由空間光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闌、第二共焦透鏡、位 相型朗奇光柵組成的4f光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生徑向矢量偏振光束；
[0009] 2)徑向矢量偏振光束入射到磁光效應(yīng)裝置，通過控制纏繞在磁光效應(yīng)裝置所設(shè)的 磁光介質(zhì)表面的高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度H，根據(jù)光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度0與 磁光介質(zhì)長度L及其磁場強(qiáng)度H的關(guān)系：0 =KHL，K為維爾德常數(shù)，調(diào)節(jié)磁光效應(yīng)裝置的 高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度，從而改變光束的偏振方向。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用磁光效應(yīng)和電場使晶體產(chǎn)生的電光效應(yīng)相似的 特點(diǎn)，磁場也能使晶體產(chǎn)生光的各向異性。磁光效應(yīng)中的一個(gè)現(xiàn)象就是法拉第效應(yīng)，當(dāng)光波 通過磁光介質(zhì)、平行于磁場方向傳播時(shí)，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。而磁光調(diào)制利用的就 是法拉第電磁旋光效應(yīng)，通過控制電信號(hào)改變?nèi)肷涔獾钠穹较颉４殴庑?yīng)裝置一般由磁 光介質(zhì)（可以是鉆石、石英、重火石玻璃等材料）、高頻線圈和調(diào)制電源組成，當(dāng)光通過磁光 介質(zhì)時(shí)，通過控制高頻線圈電流，改變磁光介質(zhì)中的磁場強(qiáng)度使光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。本發(fā) 明用磁光效應(yīng)裝置替代半波片，將入射磁光效應(yīng)裝置的徑向偏振光轉(zhuǎn)換成角向偏振光。通 過控制、調(diào)節(jié)輸入的電信號(hào)，可以任意調(diào)節(jié)光束的偏振方向，因此磁光效應(yīng)裝置還能使入射 的徑向偏振光變成廣義軸對(duì)稱向矢量偏振光束。本發(fā)明基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)方便，操作簡單，能夠比較簡單地將入射的矢量偏振光束轉(zhuǎn)換成其他類型的矢量 偏振光束，彌補(bǔ)目前其他轉(zhuǎn)換方法中采用波片作為轉(zhuǎn)換器件，且只能轉(zhuǎn)換成單一矢量偏振 光束的不足。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流程圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的徑向矢量偏振光束的光路圖。
[0013] 圖3是徑向矢量偏振光束通過磁光效應(yīng)裝置對(duì)偏振方向進(jìn)行調(diào)制的原理圖。
[0014] 具體實(shí)現(xiàn)方式
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[0016] 圖1是本發(fā)明一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的流程圖。激光通 過4f光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生徑向矢量偏振光束，該徑向矢量偏振光束入射到磁光效應(yīng)裝置，通過 調(diào)節(jié)磁光效應(yīng)裝置的高頻線圈電流，可改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度，從而改變徑向矢量偏振光 束的偏振方向，產(chǎn)生角向矢量偏振光束或其他類型的矢量偏振光束。
[0017] 圖2是本發(fā)明產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的徑向矢量偏振光束的光路圖，包括有激光器、空間 光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闌、第二共焦透鏡、位相型朗奇光柵、磁光效應(yīng)裝置，其中 激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡后準(zhǔn)直后形成入射光束，入射光束入射到空間光調(diào)制器，通過 第一共焦透鏡后，經(jīng)過圓孔光闌選級(jí)，再經(jīng)過兩個(gè)波片形成左旋和右旋的兩束圓偏振光，兩 束圓偏振光通過第二共焦透鏡聚焦，再經(jīng)過位相型朗奇光柵形成徑向矢量偏振光束，徑向 矢量偏振光束通過磁光效應(yīng)裝置能形成其他類型的矢量偏振光束。
[0018] 上述激光器是氦氖激光器。
[0019] 上述氦氖激光器的波長是632. 8nm〇
[0020] 上述空間光調(diào)制器為加載了全息圖的空間光調(diào)制器。
[0021] 上述空間光調(diào)制器為透射型空間光調(diào)制器。
[0022] 上述兩個(gè)波片是兩個(gè)四分之一波片或者二分之一波片。
[0023] 上述波長632. 8nm的氦氖激光器發(fā)出激光經(jīng)擴(kuò)束鏡然后準(zhǔn)直后形成入射光束1， 入射到加載了全息圖的空間光調(diào)制器2,通過第一共焦透鏡3后，經(jīng)過圓孔光闌4選級(jí)，再經(jīng) 過兩個(gè)四分之一波片或者二分之一波片形成左旋和右旋兩束圓偏振光，接著通過第二共焦 透鏡5聚焦，然后經(jīng)過位相型朗奇光柵6形成徑向矢量偏振光束7,最后當(dāng)徑向矢量偏振光 束通過磁光效應(yīng)裝置8時(shí)，光入射到磁光效應(yīng)裝置8中的磁光介質(zhì)中，圖3是徑向矢量偏振 光束通過磁光效應(yīng)裝置對(duì)偏振方向進(jìn)行調(diào)制的原理圖，磁光效應(yīng)裝置是根據(jù)以下公式對(duì)偏 振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)制的：
[0024] 0 =KHL
[0025] 其中，Q表不偏振面旋轉(zhuǎn)了Q角，H是電流造成的磁場強(qiáng)度，L表不磁光介質(zhì)的長 度，K為維爾德常數(shù)，對(duì)一定波長是一個(gè)常數(shù)，不同材料的K值不同。
[0026] 本發(fā)明的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的步驟如下：激光光束入射 到由空間光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闌、第二共焦透鏡、位相型朗奇光柵組成的4f光 學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生徑向矢量偏振光束，然后該光束入射磁光效應(yīng)裝置8,通過控制纏繞在磁光效 應(yīng)裝置8所設(shè)的磁光介質(zhì)表面的高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度H，根據(jù)上述光的偏 振面旋轉(zhuǎn)角度0與磁光介質(zhì)長度L及其磁場強(qiáng)度H的關(guān)系：0 =KHL，調(diào)節(jié)磁光效應(yīng)裝置 的高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度，從而改變光束的偏振方向，當(dāng)9 =Ji/2時(shí)（即 是使入射的徑向矢量偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)Jr/2)，形成角向矢量偏振光束；當(dāng)0〈 0〈JT/2 時(shí)（即是使入射的徑向矢量偏振光束的偏振面旋轉(zhuǎn)為其他角度時(shí)），形成廣義的軸對(duì)稱向 矢量偏振光束。
[0027] 以下是理論模擬計(jì)算需要用到的公式：
[0028] 1、廣義軸對(duì)稱向矢量偏振光束光場的表達(dá)式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于包括有激光器、空間光調(diào) 制器、第一共焦透鏡、圓孔光闊、第二共焦透鏡、位相型朗奇光柵、磁光效應(yīng)裝置，其中激光 器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡后準(zhǔn)直后形成入射光束，入射光束入射到空間光調(diào)制器，通過第一 共焦透鏡后，經(jīng)過圓孔光闊選級(jí)，再經(jīng)過兩個(gè)波片形成左旋和右旋的兩束圓偏振光，兩束圓 偏振光通過第二共焦透鏡聚焦，再經(jīng)過位相型朗奇光柵形成徑向矢量偏振光束，徑向矢量 偏振光束通過磁光效應(yīng)裝置能形成其他類型的矢量偏振光束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于上述激 光器是氮氛激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于上述氮 氛激光器的波長是632. 8nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于上述空 間光調(diào)制器為加載了全息圖的空間光調(diào)制器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于上述空 間光調(diào)制器為透射型空間光調(diào)制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)，其特征 在于上述兩個(gè)波片是兩個(gè)四分之一波片或者二分之一波片。
7. -種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方法，其特征在于包括如下步 驟： 1) 激光光束入射到由空間光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闊、第二共焦透鏡、位相型 朗奇光柵組成的4f光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生徑向矢量偏振光束； 2) 徑向矢量偏振光束入射到磁光效應(yīng)裝置，通過控制纏繞在磁光效應(yīng)裝置所設(shè)的磁光 介質(zhì)表面的高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度H，根據(jù)光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度0與磁光 介質(zhì)長度L及其磁場強(qiáng)度H的關(guān)系；0 = KHL，K為維爾德常數(shù)，調(diào)節(jié)磁光效應(yīng)裝置的高頻 線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場強(qiáng)度，從而改變光束的偏振方向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制方法，其特征 在于當(dāng)0 = jt/2時(shí)，形成角向矢量偏振光束；當(dāng)〇<0 <31/2時(shí)，形成廣義的軸對(duì)稱向矢量 偏振光束。
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于磁光效應(yīng)的矢量偏振光束調(diào)制系統(tǒng)及方法，包括激光器、空間光調(diào)制器、第一共焦透鏡、圓孔光闌、第二共焦透鏡、位相型朗奇光柵、磁光效應(yīng)裝置，其中激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡后準(zhǔn)直后形成入射光束，入射光束入射到空間光調(diào)制器，通過第一共焦透鏡后，經(jīng)過圓孔光闌選級(jí)，再經(jīng)過兩個(gè)波片形成左旋和右旋的兩束圓偏振光，兩束圓偏振光通過第二共焦透鏡聚焦，再經(jīng)過位相型朗奇光柵形成徑向矢量偏振光束，徑向矢量偏振光束通過磁光效應(yīng)裝置能形成其他類型的矢量偏振光束。本發(fā)明只需通過調(diào)節(jié)磁光效應(yīng)裝置的高頻線圈電流就能對(duì)入射的矢量偏振光束的偏振方向進(jìn)行調(diào)制，從而對(duì)矢量偏振光束之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可靠性高、操作簡易、轉(zhuǎn)換類型多。
【IPC分類】G02F1-09
【公開號(hào)】CN104536164
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410509819
【發(fā)明人】陳麗, 何賢飛, 邱啟東, 胡義華
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年9月28日