一種軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型適用于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種軸錐體，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，錐面與底面之間的夾角為布魯斯特角，底面鍍有可對以布魯斯特角入射錐面而進入軸錐體的光進行反射的光學(xué)膜。當(dāng)光以布魯斯特角入射軸錐體的錐面時，其垂直分量通過反射損失掉一部分，而平行分量則全部透射，軸錐體底面的光學(xué)膜可防止平行分量損失，進而，光經(jīng)過軸錐體后，垂直分量的損失遠大于平行分量，光在諧振腔中來回振蕩多次經(jīng)過軸錐體，最終使垂直分量損失殆盡，平行分量得到增益放大，輸出徑向偏振激光。該軸錐體以簡潔的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了平行分量的選擇以產(chǎn)生徑向偏振光，可實施性更強，成本更低，適合廣泛用于產(chǎn)生徑向偏振光的設(shè)備中。
【專利說明】一種軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種軸錐體、光學(xué)諧振腔及激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]偏振是光的基本特征之一,常見偏振光有線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光以及徑向偏振光，由于徑向偏振光具有完美的軸對稱分布特性，使得它與線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光相比有著很多顯著不同的特性。如徑向偏振光具有沿光軸對稱的電場分布以及中空的圓環(huán)形的光束結(jié)構(gòu)；徑向偏振光在高數(shù)值透鏡聚焦時可以產(chǎn)生超越衍射極限的極小焦斑，比線偏振、圓偏振、橢圓偏振的聚焦光斑小的多，而且在焦點區(qū)域的縱向電場變的非常強；徑向偏振光只有橫向的磁場和沿軸縱向的電場；徑向偏振光是偏振本征態(tài)，在C切向晶體中傳播時，不會發(fā)生串?dāng)_。近年來，徑向偏振光的這些特性得到了很多的應(yīng)用。如在引導(dǎo)和捕捉粒子、粒子加速、提高顯微鏡的分辨率、金屬切割以及提高存儲密度等方面，隨著人們對徑向偏振光的不斷深入的認識，它將在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0003]世界上第一束徑向偏振光是由日本的Y.Mushiake在1972年通過實驗獲?。粐鴥?nèi)第一束徑向偏振光是由中國科學(xué)院高能物理研究所的莊杰佳利用四塊扇形的半玻片膠合而成的光學(xué)元器件產(chǎn)生。近10年來，科研人員紛紛尋找各種有效的方法來產(chǎn)生徑向偏振光。徑向偏振光的產(chǎn)生方法分兩類，即腔內(nèi)法和腔外模式轉(zhuǎn)化法。通過腔內(nèi)方法產(chǎn)生徑向偏振光的有:Jianlang Li等人在光纖激光器中用雙重圓軸棱鏡來產(chǎn)生徑向偏振光；InonMoshe等人采用在激光腔內(nèi)熱致雙焦點的位置上放置小孔的方式來選擇偏振的模式；RamOron等人在激光腔內(nèi)用不連續(xù)的位相器件來產(chǎn)生徑向偏振光；A.V.Nesterov等人在腔內(nèi)放置具有軸向偏振選擇性亞波長衍射來產(chǎn)生徑向偏振光。
[0004]上述對現(xiàn)有的激光器進行腔內(nèi)改造設(shè)計產(chǎn)生徑向偏振光是一項復(fù)雜的技術(shù)工程，對于工程技術(shù)人員來說，比較可行的方法是在激光腔外使用某種光學(xué)器件進行外部轉(zhuǎn)化。1.J.Cooper, S.Quabis等人利用4塊扇形半波片組成一個圓形光器件來產(chǎn)生近似的徑向偏振光；G.Machavariani等人則利用8快半波片進行改進，產(chǎn)生趨于完美的徑向偏振光；C.Steve等人利用干涉儀相干疊加兩束偏振方向相互垂直的線偏振光來產(chǎn)生徑向偏振光；M.Stalder利用扭轉(zhuǎn)向列液晶偏振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生徑向偏振光。上述產(chǎn)生徑向偏振光的方法仍較復(fù)雜，成本也較高，本發(fā)明將提供另一種有效且易實施的產(chǎn)生徑向偏振光的方案。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡潔的軸錐體，用于激光諧振腔中產(chǎn)生徑向偏振光。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種軸錐體，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，所述錐面與底面之間的夾角為布魯斯特角，所述底面鍍有可對以布魯斯特角入射所述錐面而進入所述軸錐體內(nèi)的光進行反射的光學(xué)膜。
[0007]作為本實用新型的優(yōu)選技術(shù)方案:[0008]所述晶體軸錐體為YAG軸錐體，所述光學(xué)膜為對波長為1064nm、入射角為32.4268° ±2'的光進行反射的光學(xué)膜。
[0009]所述軸錐體為Nd =YAG軸錐體，所述光學(xué)膜為對波長為1064nm、入射角為32.4268° ±2'的光進行反射，且對經(jīng)所述底面入射的泵浦光進行透射的光學(xué)膜。
[0010]本實用新型的另一目的在于提供一種激光諧振腔，包括激光輸出鏡及所述的軸錐體，所述軸錐體的底面與所述激光輸出鏡平行，所述激光輸出鏡與所述軸錐體形成法布里-珀羅諧振腔。
[0011]進一步的，當(dāng)所述軸錐體為非增益晶體軸錐體時，所述激光諧振腔還包括設(shè)于所述軸錐體與所述激光輸出鏡之間的增益介質(zhì)。
[0012]本實用新型的又一目的在于提供一種激光器，包括所述的激光諧振腔。
[0013]進一步的，當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為非增益晶體軸錐體時，于所述增益介質(zhì)的側(cè)面設(shè)有泵浦源。
[0014]當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為增益晶體軸錐體時，于所述軸錐體的底面中心處設(shè)有泵浦源。
[0015]本實用新型提供了底角(錐面與底面之間的夾角)為布魯斯特角的晶體軸錐體，當(dāng)光以布魯斯特角(即平行于中軸線)入射軸錐體的錐面時，其垂直分量通過反射損失掉一部分，而平行分量則全部透射，同時，軸錐體的底面鍍有對折射光進行反射的光學(xué)膜，以防止平行分量透射損失，進而，光經(jīng)過軸錐體后，垂直分量的損失遠大于平行分量，光在諧振腔中來回振蕩多次經(jīng)過軸錐體，最終使垂直分量損失殆盡，平行分量得到增益放大，當(dāng)其增益大于腔內(nèi)損耗且超過激光產(chǎn)生的閾值后，光學(xué)諧振腔輸出徑向偏振激光。該軸錐體以簡潔的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了平行分量的選擇以產(chǎn)生徑向偏振光，對于本領(lǐng)域工程技術(shù)人員來說可實施性更強，成本更低，適合廣泛用于產(chǎn)生徑向偏振光的設(shè)備中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例提供的軸錐體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例提供的光入射Nd =YAG介質(zhì)表面的光路圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例提供的光在軸錐體內(nèi)外的傳播路徑示意圖(一)；
[0019]圖4是本實用新型實施例提供的光在軸錐體內(nèi)外的傳播路徑示意圖(二)；
[0020]圖5是本實用新型實施例提供的光從空氣進入Nd =YAG時的反射率隨入射角的變化曲線；
[0021]圖6是本實用新型實施例提供的光從空氣進入Nd =YAG時的透射率隨入射角的變化曲線；
[0022]圖7是本實用新型實施例提供的激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；
[0023]圖8是本實用新型實施例提供的激光諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖(二)。
【具體實施方式】
[0024]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。[0025]以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的具體實現(xiàn)進行詳細描述:
[0026]圖1示出了本實用新型實施例提供的軸錐體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2示出了光入射Nd:YAG介質(zhì)表面的光路圖，圖3、4示出了光在軸錐體內(nèi)外的傳播路徑示意圖，為了便于說明，僅不出了與本實施例相關(guān)的部分。
[0027]本實用新型實施例提供的軸錐體I為一種圓錐狀的晶體軸錐體，該晶體軸錐體可以是激光增益晶體或非增益晶體，可對入射光進行平行分量的選擇，進而形成徑向偏振光，以下提供具體的實現(xiàn)方式:用于對入射光進行平行分量與垂直分量的分離以獲得平行分量，進而形成徑向偏振光，如圖1，該軸錐體I由釔鋁石榴石(YAG)晶體或摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體加工而成，軸錐體I的形狀為等腰三角形以其中軸線為軸旋轉(zhuǎn)一周形成的圓錐狀，其包括底面11和錐面12，為了使入射光的垂直分量在經(jīng)過軸錐體I的過程中損失掉，本實施例將該軸錐體I的底角9設(shè)計為布魯斯特角，該“底角”為底面11與錐面12間的夾角，亦即自軸錐體I的頂點0引出的垂直于錐面12與底面11交線的直線L與底面11間的夾角，結(jié)合圖3，當(dāng)光以布魯斯特角e B入射到介質(zhì)表面時，反射光中只有垂直分量S，而平行分量P全部透射，透射光包括垂直分量S和平行分量P，部分垂直分量S因反射而損耗，平行分量P則無損耗的進入軸錐體，該平行分量P是形成徑向偏振光的必要條件。因此，當(dāng)光入射到該軸錐體I時，可以將垂直分量S的光子通過反射分離出來，而平行分量P的光子則進入光學(xué)諧振腔，通過增益介質(zhì)引起平行分量光子的振蕩，最終產(chǎn)生徑向偏振激光。
[0028]進一步結(jié)合圖2，圖中S⑴為入射光，Sw為反射光，Sw為透射光，軸錐體I的材質(zhì)為YAG或Nd:YAG, YAG和Nd =YAG的折射率十分接近，均按1.82計，根據(jù)菲尼爾公式得出的光從空氣進入YAG或Nd =YAG介質(zhì)發(fā)生折射和反射時的透射率和反射率的公式如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種軸錐體，其特征在于，為圓錐狀的晶體軸錐體，包括錐面及底面，所述錐面與底面之間的夾角為布魯斯特角，所述底面鍍有可對以布魯斯特角入射所述錐面而進入所述軸錐體內(nèi)的光進行反射的光學(xué)膜。
2.如權(quán)利要求1所述的軸錐體，其特征在于，所述晶體軸錐體為YAG軸錐體，所述光學(xué)膜為對波長為1064nm、入射角為32.4268° ±2'的光進行反射的光學(xué)膜。
3.如權(quán)利要求1所述的軸錐體，其特征在于，所述軸錐體為Nd=YAG軸錐體，所述光學(xué)膜為對波長為106411111、入射角為32.4268° ±2'的光進行反射，且對經(jīng)所述底面入射的泵浦光進行透射的光學(xué)膜。
4.一種激光諧振腔，其特征在于，包括激光輸出鏡及權(quán)利要求1至3任一項所述的軸錐體，所述軸錐體的底面與所述激光輸出鏡平行，所述激光輸出鏡與所述軸錐體形成法布里-珀羅諧振腔。
5.如權(quán)利要求4所述的激光諧振腔，其特征在于，當(dāng)所述軸錐體為非增益晶體軸錐體時，所述激光諧振腔還包括設(shè)于所述軸錐體與所述激光輸出鏡之間的增益介質(zhì)。
6.一種激光器，其特征在于，包括權(quán)利要求4或5所述的激光諧振腔。
7.如權(quán)利要求6所述的激光器，其特征在于，當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為非增益晶體軸錐體時，于所述增益介質(zhì)的側(cè)面設(shè)有泵浦源。
8.如權(quán)利要求6所述的激光器，其特征在于，當(dāng)所述激光諧振腔中的軸錐體為增益晶體軸錐體時，于所述軸錐體的底面中心處設(shè)有泵浦源。
【文檔編號】H01S3/08GK203521886SQ201320639230
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】肖磊, 趙建濤, 李斌, 楊錦彬, 寧艷華, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司