[发明专利]轴锥体、光学谐振腔及激光器

说明书

本发明适用于光学技术领域，提供了一种轴锥体，为圆锥状的晶体轴锥体，包括锥面及底面，锥面与底面之间的夹角θ满足：平行于轴锥体的中心轴传输的光经锥面入射至轴锥体内部后，能够在底面发生全反射，并且满足：光经锥面射入及射出时，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。本发明利用全反射原理及光在介质与空气中传播的光学原理，对轴锥体的底角θ进行限定，使入射光在轴锥体的底面发生全反射，同时将平行分量在轴锥体的锥面上的反射损耗限制为1%以内，引起平行分量光子在腔内振荡放大形成径向偏振激光。该轴锥体结构简洁，能够有效选择平行分量光子以形成腔内振荡，适合用于产生径向偏振光的设备中。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别涉及一种轴锥体、光学谐振腔及激光器。

背景技术

偏振是光的基本特征之一，常见偏振光有线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光以及径向偏振光，由于径向偏振光具有完美的轴对称分布特性，使得它与线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光相比有着很多显著不同的特性。如径向偏振光具有沿光轴对称的电场分布以及中空的圆环形的光束结构；径向偏振光在高数值透镜聚焦时可以产生超越衍射极限的极小焦斑，比线偏振、圆偏振、椭圆偏振的聚焦光斑小的多，而且在焦点区域的纵向电场变的非常强；径向偏振光只有横向的磁场和沿轴纵向的电场；径向偏振光是偏振本征态，在C切向晶体中传播时，不会发生串扰。近年来，径向偏振光的这些特性得到了很多的应用。如在引导和捕捉粒子、粒子加速、提高显微镜的分辨率、金属切割以及提高存储密度等方面，随着人们对径向偏振光的不断深入的认识，它将在越来越多的领域得到应用。

世界上第一束径向偏振光是由日本的Y.Mushiake在1972年通过实验获取；国内第一束径向偏振光是由中国科学院高能物理研究所的庄杰佳利用四块扇形的半玻片胶合而成的光学元器件产生。近10年来，科研人员纷纷寻找各种有效的方法来产生径向偏振光。径向偏振光的产生方法分两类，即腔内法和腔外模式转化法。通过腔内方法产生径向偏振光的有：Jianlang Li等人在光纤激光器中用双重圆轴棱镜来产生径向偏振光；Inon Moshe等人采用在激光腔内热致双焦点的位置上放置小孔的方式来选择偏振的模式；Ram Oron等人在激光腔内用不连续的位相器件来产生径向偏振光；A.V.Nesterov等人在腔内放置具有轴向偏振选择性亚波长衍射来产生径向偏振光。

上述对现有的激光器进行腔内改造设计产生径向偏振光是一项复杂的技术工程，对于工程技术人员来说，比较可行的方法是在激光腔外使用某种光学器件进行外部转化。I.J.Cooper、S.Quabis等人利用4块扇形半波片组成一个圆形光器件来产生近似的径向偏振光；G.Machavariani等人则利用8快半波片进行改进，产生趋于完美的径向偏振光；C.Steve等人利用干涉仪相干叠加两束偏振方向相互垂直的线偏振光来产生径向偏振光；M.Stalder利用扭转向列液晶偏振转换器产生径向偏振光。上述产生径向偏振光的方法仍较复杂，成本也较高，本发明将提供另一种有效易实施的产生径向偏振光的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简洁、易于制造的轴锥体，用于激光谐振腔中产生径向偏振光。

本发明是这样实现的，一种轴锥体，为圆锥状的晶体轴锥体，包括锥面及底面，所述锥面与底面之间的夹角θ满足：平行于所述轴锥体的中心轴传输的光经所述锥面入射至轴锥体内部后，能够在所述底面发生全反射，并且满足：光经所述锥面射入及射出时，其平行分量的反射率均小于或等于0.5%。

本发明的另一目的在于提供一种激光谐振腔，包括激光输出镜及所述的轴锥体，所述激光输出镜与所述轴锥体的底面平行，所述激光输出镜与所述轴锥体形成法布里-珀罗谐振腔。

本发明的另一目的在于提供一种激光器，包括上述的激光谐振腔。