[发明专利]一种产生径向偏振光束的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于应用光学领域，具体涉及一种产生径向偏振光束的方法和装置，主要应用于光学信息存储、光刻、超分辨显微等领域。

背景技术

偏振作为光波的矢量特性，近些年来吸引了人们越来越多的关注，可广泛应用于偏振差异成像、超分辨聚焦、激光光刻等领域。在研究过程中，人们发现，光束的偏振态不只包括传统的线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光，还包括径向偏振光(radial polarization beam)和切向偏振光(azimuthally polarized beam)等柱状偏振光束。由于柱状偏振光束的偏振态和光强呈对称分布，更是被广泛研究。公开号为CN101465512A的中国发明专利申请公开了一种产生柱对称偏振光的激光器，通过设计特殊的非对称腔结构来实现径向偏振光或者切向偏振光，但是由于需要改变现有的激光器的谐振腔，因而制作成本高。专利号为ZL 200820165973.0的中国实用新型专利公开了一种实现线偏振光转换为径向偏振光束的装置，但是调整麻烦，并且调整精度要求很高。

发明内容

本发明提供了一种产生径向偏振光束的方法和装置，调整简单且成本低。

一种产生径向偏振光束的方法，包括以下步骤：

(1)由激光器发出的准直光束，经过偏振分光器分光得到光强比为1∶1的平行线偏振光和垂直线偏振光；

(2)使所述的平行线偏振光经过第一λ/4波片后变成右旋圆偏振光和所述的垂直线偏振光经过第二λ/4波片后变成左旋圆偏振光；

或者，使所述的平行线偏振光经过第一λ/4波片后变成左旋圆偏振光和所述的垂直线偏振光经过第二λ/4波片后变成右旋圆偏振光；

(3)对所述的右旋圆偏振光进行0～2π涡旋位相编码，对所述的左旋圆偏振光进行反向0～2π涡旋位相编码，所述的反向0～2π涡旋位相编码的起点与所述的0～2π涡旋位相编码的起点相同，经位相编码后的两束光线经光路转折后入射到同一光束合束器件上进行光束相干合束，所述的光束合束器件出射的光束为径向偏振光束。

步骤(2)中，使所述的平行线偏振光经过第一λ/4波片后变成右旋圆偏振光和所述的垂直线偏振光经过第二λ/4波片后变成左旋圆偏振光，通过设置第一λ/4波片和第二λ/4波片的位置即可实现，即，将第一λ/4波片的快轴设置在所述的平行线偏振光的偏振方向沿逆时针旋转45°的位置，将第二λ/4波片的快轴设置在所述的垂直线偏振光的偏振方向沿顺时针旋转45°的位置。

同样，使所述的平行线偏振光经过第一λ/4波片后变成左旋圆偏振光和所述的垂直线偏振光经过第二λ/4波片后变成右旋圆偏振光，也可通过设置第一λ/4波片和第二λ/4波片的位置实现，即，将第一λ/4波片的快轴设置在所述的平行线偏振光的偏振方向沿顺时针旋转45°的位置，将第二λ/4波片的快轴设置在所述的垂直线偏振光的偏振方向沿逆时针旋转45°的位置。

步骤(3)中，将经位相编码后的两束光线经光路转折后入射到同一光束合束器件上进行光束相干合束，得到径向偏振光束。其中的光路折转的设置以使得两束光线能入射到同一光束合束器件上为准。以下将以由所述的光束合束器件出射的径向偏振光束与激光器发出的准直光束平行或垂直为例对其实现方式进行说明：

使得由所述的光束合束器件出射的径向偏振光束与激光器发出的准直光束平行，可以分别采取以下两种实现方式：

(a)当步骤(2)中的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光分别由所述的平行线偏振光和垂直线偏振光转换而来时：对所述的右旋圆偏振光进行0～2π涡旋位相编码后，入射到光束合束器件上；对所述的左旋圆偏振光进行反向0～2π涡旋位相编码，再通过光路转折器件进行光路转折后，入射到所述的光束合束器件上，由所述的光束合束器件出射的光束相干为径向偏振光束。

(b)当步骤(2)中的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光分别由所述的垂直线偏振光和平行线偏振光转换而来时：对所述的左旋圆偏振光进行反向0～2π涡旋位相编码后，入射到光束合束器件上；对所述的右旋圆偏振光进行0～2π涡旋位相编码，再通过光路转折器件进行光路转折后，入射到所述的光束合束器件上，由所述的光束合束器件出射的光束相干为径向偏振光束。