[发明专利]无零级衍射光的空间光调制器耦合装置

说明书

本发明属于空间光场调控领域，涉及一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，包括密封盒、非对称三角反射器以及空间光调制器；非对称三角反射器以及空间光调制器相对设置并置于密封盒内部；密封盒上开设有入光孔以及出光孔；入射光依次经入光孔、非对称三角反射器、空间光调制器以及非对称三角反射器后从出光孔射出。本发明提供了一种高精度光场调控、无需空间滤波器即可抑制零级光束、空间光场调控装置模块化和紧凑化以及易于与其它系统结合的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。

技术领域

本发明属于空间光场调控领域，涉及一种空间光调制器耦合装置，尤其涉及一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。

背景技术

1960年激光器的发明极大地促进了自然科学研究的发展，如激光生命科学、光信息处理、光学微纳加工等大量以激光为基础的科学研究领域涌现。普通商用激光器的主要限制是输出模式固定，一般是基模高斯光束，无法满足现代科学研究和应用对光场振幅、相位和偏振态特定分布的要求。基于空间光调制器调控光场空间参量的空间光场调控技术将基模高斯光束转换为新颖的任意结构光场，推动了光信息存储、光学微纳加工、光通信、光学显微和光学微操纵等领域的快速发展。常用的光场调控器件主要有数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)、变形镜(Deformable Mirror，DM)和液晶空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)。在科学研究中，液晶空间光调制器由于光能利用率高而成为应用最多的器件。液晶空间光调制器利用液晶分子的双折射特性调制光场的相位分布，进而控制光场的强度和偏振特性。液晶分子的光学各向异性使得光场的相位调制深度不仅与液晶分子的光轴取向相关，还与入射光的偏振态有关。液晶空间光调制器是一种偏振选择器件，只对具有特定偏振态的入射光进行调制，通常是水平方向的线偏振光。其中，最常用的反射式液晶空间光调制器的工作方式有正入射和小角度入射两种，分别如图1和图2所示。对于正入射方式，需要采用非偏振分光棱镜(如图1中的NPBS)来实现相位调制，由此导致系统的光能量利用率要低于25％，过低的能量利用率使该工作方式甚少被应用。为了最大程度利用光能，研究人员常采用小角度入射的方式。小角度入射会降低光场调控精度。理论上，入射角度越大，精度越低。为了保证光场调控的准确度，入射光角度通常要求很小，例如德国HoloEYE公司要求角度小于6°，而日本Hamamatsu公司要求角度小于10°。小角度入射方式中入射光和出射光的完全分离会导致激光束需要传播较长的一段距离，如图2中的d1。同时考虑到用于准直和分离两束光束的光学元件的尺寸，这种系统存在着光路散乱、占用空间大，进而降低系统稳定性。此外，由于液晶空间光调制器的栅格结构，即填充因子无法达到100％，入射光经空间光调制器调制后会产生未被调制的零级光束，降低光场质量。因此，需要抑制零级光束。常用的方法是利用空间滤波器(图3中的光阑)只允许调制光场(图3中的+1级光束)通过，将零级光束(图3中的0级光束)阻挡。这样就保证了最后系统只有被调制后的光场分布。空间滤波器的引入不仅增加了系同的复杂性，而且在特定应用中也难以实现。例如在飞秒激光加工中，过高的光功率密度会烧坏放置在透镜焦面上的空间滤波器。此外，空间滤波器的引入会增加调制光(+1级)的出射角度，降低调制精度。

发明内容

为了解决背景技术中存在的系统光路零散、零级光束滤波的问题，本发明提供了一种高精度光场调控、无需空间滤波器即可抑制零级光束、空间光场调控装置模块化和紧凑化以及易于与其它系统结合的无零级衍射光的空间光调制器耦合装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无零级衍射光的空间光调制器耦合装置，其特征在于：所述无零级衍射光的空间光调制器耦合装置包括密封盒、非对称三角反射器以及空间光调制器；所述非对称三角反射器以及空间光调制器相对设置并置于密封盒内部；所述密封盒上开设有入光孔以及出光孔；入射光依次经入光孔、非对称三角反射器、空间光调制器以及非对称三角反射器后从出光孔射出。

上述非对称三角反射器与空间光调制器的位置关系满足：d2≥d1；

其中：