[发明专利]一种基于光学微腔调控的光束转换装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种光束转换装置，特别是一种基于光学微腔调控的光束转换装置，主要应用于物质分析、光学加工、光学显微、光学操控、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制等领域中的光束转换。

背景技术

光束转换需求广泛存在于物质分析、光学加工、光学显微、光学操控、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制等领域中，例如，在光学加工领域，可以通过改变入射光束的波前相位和偏振态实现光束转换，得到光强点阵列，进行多点三维加工功能；在光电检测领域，可以通过倍频晶体改变光频率实现特定频率光谱检测分析。在先技术中，存在一种光束转换方法，参见《Nature Photonics》期刊上的2008年第2卷501-505页的论文《Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics》，本方法存在一定优点，但仍然存在本质不足，不能实现光频率改变具有系统复杂，并且集成度低、难于微型化、不便于实现、可调控性不强、模块化程度不高。在先技术中还存在一种光场分布转换装置，参见发明专利《一种矢量圆环形光束整形装置》，专利号为ZL200810122104.4，授权公告日：2010年09年29日，此发明虽然具有一定的优点，但是存在本质不足：利用圆锥面反射原理和偏振器件对入射光的偏振分布进行调控，系统结构复杂，调节灵活性差，功能不易扩充，根本上无法实现相位调节，同样无法实现光场频率调控。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种光学微腔调控的光束转换装置，具有系统简单、便于实现、集成度高、易于微型化、多光学参数可调控、可调控性强、调节灵活性高、功能易于扩充等特点。

本发明的基本构思是：基于光学微腔和空心光子晶体光纤相互耦合原理，将空心光子晶体光纤的内部空心处设置有光增益介质，两端设置有光学反射元件构成回返腔，空心光子晶体光纤含有一段近场光外露区域；光学微腔设置在近场光外露区域，与和空心光子晶体光纤相互光场耦合效应；入射光场经过空心光子晶体光纤一端入射，由于光增益介质、空心光子晶体光纤、光学微腔构对入射光场的综合作用，实现光束转化，输出光束从空心光子晶体光纤另一端出射，调整光学微腔构位置和特性实现输出光束调控。

本发明一种基于光学微腔调控的光束转换装置，包括第一光学反射元件、空心光子晶体光纤、第二光学反射元件、光学微腔和光增益介质，空心光子晶体光纤的两端分别设置有第一光学反射元件和第二光学反射元件；空心光子晶体光纤含有一段近场光外露区域，光学微腔设置在近场光外露区域，光学微腔与和空心光子晶体光纤存在相互光场耦合效应；光增益介质设置在空心光子晶体光纤的内部空心处。

所述的第一光学反射元件和第二光学反射元件为反射镜或反射膜。

所述的第一光学反射元件在入射光束波长上呈现高通过率特性，通过率大于80%；

所述的第二光学反射元件在入射光束波长上呈现高反射率特性，通过率大于80%；

所述的空心光子晶体光纤的近场光外露区域可以通过光纤拉锥技术或化学处理技术制备。

所述的光增益介质为颜料增益介质或光增益纳米颗粒。

所述的光学微腔为光学微球、光学微盘、光学微环和光学微纳结构阵列中的一种。

本发明一种基于光学微腔调控的光束转换装置的工作过程为：入射光场经过空心光子晶体光纤一端入射，通过第一光学反射元件耦合入射到空心光子晶体光纤中，在空心光子晶体光纤中传播，与光增益介质发生作用；第一光学反射元件和第二光学反射元件构成回返腔，入射光束受到空心光子晶体光纤和回返腔作用，在空心光子晶体光纤内传播；经过空心光子晶体光纤的近场光外露区域时，通过近场光耦合作用，与光学微腔发生作用，在光增益介质、空心光子晶体光纤、光学微腔构对入射光场的综合作用下，实现光束转化，输出光束从空心光子晶体光纤另一端出射，调整光学微腔构位置和特性实现输出光束调控。

本发明中光学微腔技术、空心光子晶体光纤技术、光纤加工处理技术、增益介质材料技术等均为成熟技术。本发明的发明点在于基于光学微腔和空心光子晶体光纤相互耦合原理，利用光学微腔设置在近场光外露区域，与和空心光子晶体光纤相互光场耦合效应来调控光束转换特性，给出一个系统简单、便于实现、集成度高、易于微型化、多光学参数可调控、可调控性强、调节灵活性高、功能易于扩充的基于光学微腔调控的光束转换装置。

与现有技术相比，本发明的优点：