[发明专利]利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统

权利要求书

1.一种利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统，包括激光器(1)、起偏器(2)、第一扩束器(3)、一叉三叉的复合二元振幅光栅(4)、第二扩束器(5)、光阑(6)、聚焦透镜(7)、二分之一波片(8)、渥拉斯顿棱镜(9)、四分之一波片(10)、检偏器(11)和CCD相机(12)，其特征在于：激光器(1)输出的高斯光束垂直入射透过起偏方向为0°的起偏器(2)后，经过第一扩束器(3)进行扩束，入射到一叉三叉的复合二元振幅光栅(4)上，旋转一叉三叉的复合二元振幅光栅(4)使其±1级衍射光为±m阶拉盖尔高斯光束，产生的衍射光经过一个倒置的第二扩束器(5)来增大各衍射级的衍射角，利用光阑(6)将+1级和-1级衍射光滤出，滤出的光束再经过一个聚焦透镜(7)对两束光进行会聚，在其中一束光的光路中放置一快轴方向为45°的二分之一波片(8)，使得这一束偏振光的偏振方向旋转90°，两束偏振方向正交的衍射光经聚焦透镜(7)聚焦后以渥拉斯顿棱镜(9)的分离角交汇于渥拉斯顿棱镜(9)的中心，之后两束光合束成为一束光，合束后的光垂直透过一快轴方向为45°的四分之一波片(10)后得到m阶矢量光束，最后利用检偏器(11)和CCD相机(12)观测所生成的矢量光束。

2.根据权利要求1所述的利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统，其特征在于：系统使用了一个一叉三叉的复合二元振幅光栅(4)，在基模高斯光束的照射下，可以生成一个3×3的拉盖尔高斯光束阵列，在水平方向生成LG₀₁和LG_0-1光束，垂直方向生成LG₀₃和LG_0-3光束，对角线方向生成LG₀₂和LG_0-2光束以及LG₀₄和LG_0-4光束，我们可以将这4对拉盖尔高斯光束合束生成4束高阶矢量光束。

3.根据权利要求1所述的利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统，其特征在于：系统采用了倒置的第二扩束器(5)，这个扩束系统有两个作用，一是对经过一叉三叉的复合二元振幅光栅(4)的光场进行傅里叶变换，另一个作用是扩大+1级和-1级衍射的夹角，这样便于我们将二分之一波片(8)放置到其中的一个衍射级上。经过光栅后+1级和-1级衍射光束的夹角可由θ＝2sin^-1(λ/d)计算得到。其中λ为波长，d为光栅常数。经过倒置的第二扩束器+1级和-1级衍射光束的夹角扩大为原来的M倍，M是扩束器的扩束倍率。

4.根据权利要求1所述的利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统，其特征在于：渥拉斯顿棱镜(9)是一种常见的偏振分光棱镜，根据光路可逆原理将其倒置使用时，可将一束p偏振光和一束s偏振光合束，条件是p偏振光和s偏振光的夹角为渥拉斯顿棱镜(9)的分离角，分离角可以由φ＝2sin^-1[(n₀-n_e)tanθ]计算得到，式中n₀和n_e为渥拉斯顿棱镜(9)所用双折射晶体的寻常光和非常光的折射率，θ为渥拉斯顿棱镜(9)晶体的切割角，因此将渥拉斯顿棱镜(9)放置在聚焦透镜(7)的焦点附近，移动聚焦透镜(7)可以控制会聚光束的夹角，微调其位置让会聚光的交点正好位于渥拉斯顿棱镜(9)的中心。