一种基于电流变效应的光束转换器   0    0

[0001] 本发明属于光学技术领域，涉及一种光束转换装置，特别是一种基于电流变效应的光束转换器，主要应用于环境检测、物质分析、光学加工、光学显微、光学操控、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制、传感技术等领域中的光束转换。

[0002] 光束转换需求广泛存在于环境检测、物质分析、光学加工、光学显微、光学操控、光电检测、信息通讯、环境监测、过程控制、传感技术等领域中，并且对光束转换器的特性要求越来越高。例如，在光学操控领域，不同光束聚焦特性存在显著区别，为了达到更好的光学微操纵特性，可以通过转换光束特性，调控物镜前入射光场特性，实现所需要的光学力学分布特性；在信息通讯领域中，光束特性显著影响信息传输行为，并且可以通过转换光束，增加光信息传输量，甚至可以改变信息传输系统构架，近期将非漩涡光束转化成漩涡光束，利用光漩涡特性增加光信息传输容量。在先技术中存在一种光束转换器，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，专利授权公告日：2010年09年29日，在此技术中，射光束依次经过外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、两平行放置的二分之一波片和扩束镜；光源出射光束被外反射式圆锥面反射镜发射后形成径向传播光束，经过圆柱筒形曲面偏振器后，被内反射式锥面反射镜反射形成圆环形旋转矢量偏振光束，通过旋转移动部件调节两二分之一波片光轴夹角改变偏振态，通过扩束镜改变光束横向尺寸。虽然在先技术具有一定的优点，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；利用二分之一波片调节偏振，器件之间距离调节横向分布，调节灵活性差；根本上无法光场综合调控，装置功能不易扩充；本质上难于实现小型化、集成度低、不便于集成。

[0003] 本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种基于电流变效应的光束转换器，具有系统简单、便于实现、易于微型化、可调控性强、调节灵活性高、光场综合调控、功能易于扩充、便于集成等特点。

[0004] 本发明的基本构思是：基于电流变效应，将电流变液设置在空心光子晶体光纤的空芯腔中，多段电流变液区域在空心光子晶体光纤的空芯腔呈现序列排布，入射光场经过空心光子晶体光纤一端入射，在空心光子晶体光纤内传播，经过多段电流变液区域后，从空心光子晶体光纤另一端出射；电流变液阵列在外加电场作用下，结构和光学性质发生可控的变化，对经过光场进行调控，实现光束可控转化。

[0005] 本发明一种基于电流变效应的光束转换器，包括空心光子晶体光纤、电流变液、第一电极、第二电极，空心光子晶体光纤的至少一个空芯腔中设置有电流变液；电流变液为多段电流变液液柱，在空心光子晶体光纤的空芯腔呈现序列排布；空心光子晶体光纤外部设置有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间施加电压时所产生的电场作用于空心光子晶体光纤的电流变液区域。

[0006] 所述的空心光子晶体光纤为玻璃空心光子晶体光纤、树脂空心光子晶体光纤、塑料空心光子晶体光纤中的一种。

[0007] 所述的电流变液为无机材料电流变液、有机电流变液、复合材料电流变液、电子墨水中的一种。

[0008] 本发明一种基于电流变效应的光束转换器的工作过程为：入射光场经过空心光子晶体光纤光束入射端入射，在空心光子晶体光纤内传播，经过多段电流变液液柱后，从空心光子晶体光纤的光束出射端出射；空心光子晶体光纤外部设置有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间施加电压时所产生的电场，作用于空心光子晶体光纤的电流变液区域，在电流变液阵列在外加电场作用下，结构和光学性质发生可控的变化，对经过光场进行调控，实现光束可控转化，调控后的光束从光束出射端出射。

[0009] 本发明中电流变效应、电流变液制备和使用、微小空间流体导入技术、空心光子晶体光纤技术、电场产生技术等均为成熟技术。本发明的发明点在于基于电流变效应，将电流变液设置在空心光子晶体光纤的空芯腔中，多段电流变液区域在空心光子晶体光纤的空芯腔呈现序列排布，电流变液 阵列在外加电场作用下，结构和光学性质发生可控的变化，对经过光场进行调控，实现光束可控转化，本发明给出一个系统简单、便于实现、易于微型化、可调控性强、调节灵活性高、光场综合调控、功能易于扩充、便于集成的基于电流变效应的光束转换器。

[0010] 与现有技术相比，本发明的优点：

[0011] 1)在先技术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；本发明是基于电流变效应，将电流变液设置在空心光子晶体光纤的空芯腔中，多段电流变液区域在空心光子晶体光纤的空芯腔呈现序列排布，通过调控外加电场作用下，实现光束可控转化，发挥了电流变效应和空心光子晶体光纤特点，具有系统简单、便于实现；

[0012] 2)在先技术利用二分之一波片调节偏振，器件之间距离调节横向分布，调节灵活性差，根本上无法光场综合调控；本发明将电流变液设置在空心光子晶体光纤的空芯腔中，通过外加电场调控光束转化，本发明对光束的调控不限于偏振等单一参数调控，而是对光场进行总体调控，是综合参数的可调控转化，具有可调控性强和调节灵活性高特点；

[0013] 3)在先技术装置功能不易扩充，本质上难于实现小型化、集成度低、不便于集成；本发明中基本构架为空心光子晶体光纤，并且电流变液设置在空心光子晶体光纤的空芯腔中，基于光纤特性，本发明功能易于扩充、便于集成、便于微型化。

[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0016] 如图1所示，一种基于电流变效应的光束转换器包括：空心光子晶体光纤1、电流变液2、第一电极5、第二电极6，空心光子晶体光纤1的至少一个空芯腔中设置有电流变液2；电流变液2为多段电流变液液柱，在空心光子晶体光纤1的空芯腔呈现序列排布；空心光子晶体光纤1外部设置有第一电极5和第二电极6，第一电极5和第二电极6之间施加电压时所产生的电场，作用于空心光子晶体光纤1的电流变液2区域。

[0017] 本实施例中空心光子晶体光纤1采用中心对称的多芯空心光子晶体光 纤，电流变液2设置在中心位置的空芯腔101中，电流变液2为无机材料电流变液，采用三段电流变液液柱，分别为第一段电流变液液柱201、第二段电流变液液柱202、第三段电流变液液柱203。

[0018] 本实施例工作过程为：入射光场3经过空心光子晶体光纤1光束入射端102入射，在空心光子晶体光纤1内传播，经过第一段电流变液液柱201、第二段电流变液液柱202、第三段电流变液液柱203后，从空心光子晶体光纤1光束出射端103出射；空心光子晶体光纤1外部设置有第一电极5和第二电极6，第一电极5和第二电极6之间施加电压时所产生的电场，作用于空心光子晶体光纤1的电流变液2区域，在电流变液1阵列在外加电场作用下，结构和光学性质发生可控的变化，对经过光场进行调控，实现光束可控转化，调控后的光束4从光束出射端103出射。本实施例实现了入射光场横模的灵活转换控制。本发明具有系统简单、便于实现、易于微型化、可调控性强、调节灵活性高、光场综合调控、功能易于扩充、便于集成等特点。

[0019] 以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0014] 图1为本发明的一种实施例结构示意图。