[发明专利]一种用于选择角向偏振的激光器尾镜组件

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种用于选择角向偏振的激光器尾镜组件。

背景技术

角向偏振光是一种环状光束，环上任一点的偏振方向均垂直于径向，对激光器输出的激光束进行处理可以得到角向偏振光。由于角向偏振光的特殊偏振矢量结构，使其在很多领域得到了应用。在科学研究领域，角向偏振光可用于引导原子。在强聚焦下，角向偏振光也可以作为“光镊子”实现对粒子捕获。角向偏振光还可以用于双光子荧光成像，突破衍射极限，提高分辨率。在工业加工领域，角向偏振光可用于打孔和焊接，以提高打孔和焊接深度；角向偏振光也可通过外光学系统转换而变成径向偏振光，以提高切割速度和加工质量。

目前，角向偏振光的产生分为被动和主动两种方式。被动的方式主要采用组合波片、光栅等元件对激光器产生的线偏振光作空间重排，或使用一对偏振正交的TEM₀₁光束相干叠加得到。主动方式一般采用双折射晶体或圆形光栅镜等偏振选择性元件在激光谐振腔中实现角向偏振光的振荡输出。相比于被动方法，主动方法转化效率高，可以实现高功率输出。实验研究表明，采用主动方法得到角向偏振光，仅需要偏振选择器件对S偏振光的反射率至少比P偏振光的反射率高4％，就可以得到高纯度的角向偏振光。但是由于双折射晶体的产生方法需要配合小孔选模等其他技术，实现起来稳定性差，得到的角向偏振光偏振纯度不高；而光栅镜设计制作复杂，价格比较昂贵。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低的用于选择角向偏振的激光器尾镜组件，应用于激光器时能够产生高纯度的角向偏振光。

本发明采用的技术方案是：一种用于选择角向偏振的激光器尾镜组件，包括固定在一起以光轴为中心旋转对称布置的内锥镜和外锥镜，内锥镜中心开有入射孔，所述外锥镜上设有外锥反射面和环形反射面，所述内锥镜上设有内锥反射面，所述内锥反射面与外锥反射面相对布置，所述内锥反射面、环形反射面、外锥反射面依次相接形成内部中空的多次反射组合结构，所述内锥反射面和外锥反射面的锥角均为90度。

进一步地，所述内锥反射面、外锥反射面和环形反射面上分别镀有金膜。反射面上渡金膜可进一步提高激光的反射率。

进一步地，所述环形反射面为垂直于光轴的平面。

进一步地，所述环形反射面为大曲率半径的球面或凹面。

进一步地，所述球面或凹面的曲率半径为10-30m。

更进一步地，所述内锥镜和外锥镜均为具有高反射率的金属铜镜。

本发明充分利用金属锥面反射镜对S-偏振光的反射率要高于对P-偏振光的反射率的特点，通过两个锥形反射面和一个环形反射面形成一个中空的多次反射组合结构，激光束射入组合镜后，在组合镜内多次反射后再按原路返回向外射出，经过在组合镜内的多次锥面反射后，S-偏振光保持很高的反射率，而P-偏振光则损耗较大，最终能在激光谐振腔内起振并维持的偏振态就只有角向偏振。将该组合镜用做谐振腔尾镜，就可以在腔内有效抑制P-偏振光，而仅让S-偏振光形成振荡，从而起到角向偏振选择的作用。

本发明的尾镜组件结构简单，偏振选择性好、抗损伤阈值高、对称性好、抗失调能力强，热稳定性能和机械性能优良，制作简单，成本低，可广泛应用于气体、固体和半导体激光器产生高功率、高纯度的角向偏振光。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明内锥镜的结构示意图。

图3为本发明内锥镜的侧视图。

图4为本发明外锥镜的结构示意图。

图5为本发明外锥镜的侧视图。

图6为金属铜镜对S-偏振光和P-偏振光反射率与入射角的关系曲线图。

图中：1、内锥镜；2、外锥镜；3、入射孔；4、内锥反射面；5、外锥反射面；6、环形反射面；7、光轴；8、激光束。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。