[发明专利]一种基于声漩涡调控的光场转换装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种转换装置，特别是一种基于声漩涡调控的光场转换装置，主要应用于微纳加工、光电系统、光学系统、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制等领域中的光场转换。

背景技术

光场转换技术是指按照需求对光场参数进行改变技术，光场转换需求广泛存在于微纳加工、光电系统、光学系统、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制等领域中，例如，在光学维纳加工领域，常见的高斯光束经过汇聚后在焦点区域形成一个焦斑，可以通过对入射光束的波前相位进行调制实现焦点区域的多焦斑，这样就可以实现同时进行多点加工功能；在光通信领域，已经将光漩涡引入光束中，用以增加光信息可调控自由度，进而增加信息传输能力，可以通过计算全息或者直接相位调控调控的方法实现含有光漩涡的光束，达到光场分布调控的目的。在先技术中，存在一种光场转换装置，利用空间光调制器或者衍射光学器件实现为入射光束的振幅或相位的调控，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》，这类方法存在一定优点，但仍然存在不足，通过在自由空间中传播的光场光路上设置有调制器，调制器作用机理是器件直接和光场发生相互作用，光学系统构建过程中需要考虑到调制器件对光场特性以及光学系统构架的影响，具有系统复杂、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、功能不易扩充等因素。在先技术中还存在另一种光场转换调控装置，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，实现困难，根本上无法实现相位调节。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种基于声漩涡调控的光场转换装置，具有系统简单、便于实现、可调控性强、模块化程度高、功能易于扩充、调节灵活性差、可以实现多光学参数调控等特点。

本发明的基本构思是：将声漩涡调控技术与光子晶体光纤特性相结合，利用压电薄膜和螺旋基底相结合产生可调控声漩涡，将声漩涡传输到弹性结构部件上，将光子晶体光纤绕在弹性结构部件外侧，当入射光场从光子晶体光纤一端耦合入射，经过光子晶体光纤时，由于声漩涡在弹性结构部件上传播产生的机械性能变化，引起光子晶体光纤中的光场多参数发生可控演化，形成特定的出射光场，实现光场转换。

本发明一种基于声漩涡调控的光场转换装置包括，螺旋基底、压电薄膜、压电控制器、弹性结构部件和光子晶体光纤；

所述的螺旋基底为圆锥型结构，其上表面为螺旋圆锥面，压电薄膜贴紧在螺旋基底的螺旋圆锥面上，压电控制器与压电薄膜相连接；所述的螺旋基底的底面与弹性结构部件相连接，光子晶体光纤绕在弹性结构部件外侧。

所述的光子晶体光纤为多芯光子晶体光纤和空心光子晶体光纤中的一种。

所述的压电薄膜为压电陶瓷薄层、复合压电薄层和微结构声振动薄层中的一种。

所述的弹性结构部件为弹性塑料结构部件、弹性金属结构部件、弹性橡胶结构体部件和弹性复合结构部件中的一种。

所述的弹性结构部件为圆柱形结构，圆柱的直径与螺旋基底的底面直径相同。

本发明一种基于声漩涡调控的光场转换装置的工作过程为：压电控制器控制驱动压电薄膜产生可控声漩涡；螺旋基底将声漩涡传递给弹性结构部件，在弹性结构部件中产生可控声漩涡机械参数控制；光子晶体光纤绕在弹性结构部件外侧，当入射光场从光子晶体光纤一端耦合入射，经过光子晶体光纤时，由于声漩涡在弹性结构部件上传播产生的机械性能变化，引起光子晶体光纤中的光场多参数发生可控演化，形成出射光场，从而实现光场转换。

本发明中光子晶体光纤特性、声振动控制器控制技术、机械机构加工技术均为成熟技术。本发明的发明点在于将声漩涡调控技术与光子晶体光纤特性相结合，给出一个系统简单、便于实现、可调控性强、模块化程度高、功能易于扩充、调节灵活性差、可以实现多光学参数调控等特点的基于声漩涡调控的光场转换装置。

与现有技术相比，本发明的优点：