Пристрій для формування азимутально і радіально поляризованих пучків світла

Реферат: Пристрій для формування азимутально і радіально поляризованих пучків світла містить лазер, поляризатор,  4 пластину і дві лінзи, розташовані по ходу променя, одновісний кристал, розташований між лінзами, причому вісь кристала співпадає з віссю поширення лазерного пучка і реєстратор. Додатково містить комп'ютерно-синтезовану голограму, розташовану між лазером і поляризатором, і діафрагму, розташовану між другою лінзою і реєстратором. UA 69104 U (12) UA 69104 U UA 69104 U 5 10 15 Корисна модель належить до поляризаційної оптики і кристалооптиці і може бути використано в пристроях захоплення, мікроскопії, спектроскопії, обробці матеріалів, літографії, оскільки радіально і азимутально поляризовані лазерні пучки здатні створювати украй вузьку зону фокусу і формувати електричне поле тільки з подовжньою компонентою при жорсткому фокусуванні. В якості прототипу вибраний пристрій (Воляр А.В. Фокусировка сингулярных пучков / А.В. Воляр, Т.А. Фадеева // Оптика и спектроскопия.-2004. - Т. 96, № 1. - С. 108-118) Пристрій складається з лазера, розташований по ходу променя першої лінзи, одновісного кристала, вісь якого орієнтована в площині поширення променя, другої лінзи, розташованої між кристалом і реєстратором, і реєстратора. Недоліком пристрою є обмеження функціональних можливостей за рахунок відсутності в облаштуванні блока для спостереження азимутально і радіально поляризованих пучків. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити пристрій шляхом формування у фокальних площинах чистих азимутно і радіально поляризованих пучків, а також забезпечення можливості управляти їх положеннями. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для формування радіально і азимутально поляризованих пучків світла, що містить лазер,  20 поляризатор, 4 пластину і дві лінзи, розташовані по ходу променя, одновісний кристал, розташований між лінзами, причому вісь кристала співпадає з віссю поширення лазерного пучка і реєстратор, згідно корисної моделі, додатково містить комп'ютерно-синтезовану голограму, розташовану між лазером і поляризатором, і діафрагму, розташовану між другою лінзою і реєстратором. Пристрій містить (креслення) лазер 1, розташовані по ходу променя комп'ютерно 25 синтезовану голограму 2, поляризатор 3 і 4 пластину 4, лінзу 5, одноосний кристал 6, другу лінзу 7, діафрагму 8 і реєстратор 9. Пристрій дозволяє сформувати азимутально і радіально поляризовані пучки з більше ніж 90 % ефективністю в різних фокальних площинах. Пристрій працює таким чином. Світло від лазера 1 проходить послідовно через комп'ютерно-синтезовану голограму 2, за  допомогою якої формується одинично заряджений вихор, поляризатор 3 і пластину 4 4, які 30 35 40 дозволяють отримати циркулярну поляризацію. Отриманий циркулярно-поляризований пучок фокусується за допомогою лінзи 5 в одновісний кристал 6, при цьому вісь поширення пучка співпадає з віссю кристала. Поле вихідного пучка після кристала збирається за допомогою збираючої лінзи 7, і за допомогою діафрагми 8 вирізується поле або радіальної моди, якщо розташувати діафрагму у площині фокусування незвичайного пучка, або азимутальної моди, якщо поставити діафрагму у площині фокусування звичайного пучка. Нехай циркулярно-поляризований сингулярний параксіальний пучок, що переносить одиничний оптичний вихор, коли топологічний заряд і циркуляція поляризації мають різні знаки фокусується в одновісний кристал, де він розділяється на два, звичайний і незвичайний, що поширюються уздовж оптичної осі. Циркулярно-поляризований пучок усередині кристала, вісь якого орієнтована в площині поширення пучка, представляє з себе суму азимутний і радіально поляризованих пучків. Е+=(Ψ0+Ψе)ехр(-іφ), Е-=(Ψ0-Ψе)ехр(-іφ), o,e  o,e  2 2 де  o,e  zor / qo,e exp  ikn1r / 2qo,e , qo,e  S  f2q2 / f2  q2 , o,e   q  n / n z 1 o,e q1=h+d+(L+iz0)f1/(f1+L+iz0), q2 - комплексні параметри системи, σ=1-iz/z0,  45       2 z0  kn 0 / 2 - довжина Релея, n - показник заломлення середовища після кристала, n о, 50 е показники заломлення звичайного і незвичайного променів, ω0 - радіус перетяжки пучка. Кожен з цих пучків характеризується своєю власною довжиною Релея zo і ze, різними радіусами кривизни і шириною перетяжки w(z) на виході з кристала. На виході кристала пучок потрапляє в осередок з показником заломлення n і вільно поширюється до площини тонкої лінзи 7, розташованої на відстані d від вихідної грані кристала. Лінза 7 має фокусну відстань f. За допомогою лінзи пучок фокусується у фокальній площині, при цьому положення фокальних площин азимутально і радіально поляризованих пучків визначається рядом параметрів: показниками заломлення nо, nе кристала, товщиною кристала 1 UA 69104 U 5 z, відстанню лінзи від вихідної грані кристала d, показником заломлення середовища після кристала n і фокусною відстанню лінзи 7 f. Зміна цих параметрів впливає на положення фокальних площин. Відстань площини фокусування азимутально поляризованого модового пучка від лінзи визначається таким чином:  n   n   n       n zo    n z  d    f  d  n o   Lo  f  o   o f 2 2    n  n f  d  z   zo   no   no       z    n   n   n       n ze    n z  d    f  d  n e   Le  f  e   e f 2 2   n   n f  d  z   ze   ne   ne       z   І відстань площини фокусування радіально поляризованого модового пучка від лінзи: 10 15 де nо, nе - показники заломлення кристала, z - товщина кристала, d - відстань лінзи від вихідній грані кристала, n - показник заломлення середовища після кристала, f - фокусна відстань другої лінзи, z0, ze - довжина Релея. Радіуси перетяжки у фокальній площині одного з пучків можуть відрізнятися один від одного в десятки разів. Це дозволяє сформувати в кожній з фокальних площин розподіл поляризації, характерний для азимутного і радіально поляризованих пучків. Відстань між двома фокусами визначається таким чином: z  Le  Lo f f 20 За допомогою діафрагми 8 вирізається поле радіально поляризованого пучка або поле азимутально поляризованого пучка. Приклад. Пристрій має такі параметри: товщина кристала z=5 см, фокусна відстань лінзи 7 f=3,8 см, відстань лінзи 7 від вихідній грані кристала d=0,8 см для кристалу LiNbO3 положення o e діафрагми становить L f  55 мм для азимутально поляризованого пучка, L f  57,2 мм для радіально поляризованого пучка. Для кристалу СаСО3 з параметрами пристрію z=1 см, f=12,5 см, d=4,2 см, отримаємо Lo  102 см, Le  96 см. f f 25 30 Таким чином, управляючи характеристиками лінзи 7, кристала і їх взаємним розташуванням, пристрій забезпечує управління положеннями фокусами азимутально і радіально поляризованих пучків. Пристрій дозволяє сформувати азимутально і радіально поляризовані пучки з понад 90 % ефективністю в різних фокальних площинах. Дозволяє управляти положеннями фокальних площин шляхом зміни параметрів системи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для формування азимутально і радіально поляризованих пучків світла, що містить 35 лазер, поляризатор,  пластину і дві лінзи, розташовані по ходу променя, одновісний кристал, 4 розташований між лінзами, причому вісь кристала співпадає з віссю поширення лазерного пучка і реєстратор, який відрізняється тим, що додатково містить комп'ютерно-синтезовану голограму, розташовану між лазером і поляризатором, і діафрагму, розташовану між другою лінзою і реєстратором. 2 UA 69104 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3