CN103676184A - 双通道矢量空间光调制器 - Google Patents

Abstract

一种双通道矢量空间光调制器，由一个纯相位型空间光调制器和一个组合阵列双折射波片两部分组成，其中，纯相位型空间光调制器上的每四个子像素组成一个编码基元；组合阵列双折射波片中的各个子波片与纯相位型空间光调制器的各个子像素一一对应并分成交互排列的两组，两组子波片的光轴相交成45度角。该光调制器结构简单，避免了使用像衍射光栅、分光棱镜、反射镜之类的光学元件，能够提供两个独立的正交偏振编码通道，可以将入射线偏振高斯光束或平面波转换成具有任意空间偏振分布和复振幅分布的二维矢量光束，直接通过纯相位函数实现对输出矢量光束的两个正交偏振分量的控制，具有同轴和共路、转换效率高、只使用零级衍射光等特点。

Description

双通道矢量空间光调制器

技术领域

本发明涉及一种用于产生任意矢量光束的矢量空间光调制器(VSLM)，属于光调制器技术领域。

背景技术

众所周知，具有任意偏振和复振幅分布的矢量光束可以一般地用以下Jones矩阵表示

其中，a_x，a_y和

分别表示该矢量光束的两个正交偏振分量的振幅和相位；j为虚数符号；(x,y)为空间坐标。一般情况下，它们均为观察平面上的空间坐标(x,y)的函数。早期的研究主要涉及空间偏振态均匀分布的光场。近年来，越来越多的研究开始涉及到偏振态空间非均匀分布的矢量光束，因为人们发现这种矢量光束具有一些均匀偏振的标量光场所不具备的特殊性质。例如，文献1-文献4的研究发现了非均匀偏振矢量光束具有的一些令人感兴趣的现象。偏振光束的特殊性质已经在表面等离激元激发（参见文献5）、超分辨成像（参见文献6）、光学微操纵（参见文献7）、激光微加工（参见文献8）、高功率超辐射光源（参见文献9）等领域显示了其潜在的应用价值。

由于一般商用激光器产生的激光的偏振态空间分布都是均匀的，怎样将其转换成具有所需要的偏振和复振幅分布的矢量光束常常成为许多实际应用中的一个难题。人们为实现这一目的已经做了很多工作并提出了许多实现途径。这些途径大致可分为基于常规光学元件的静态转换技术（参见文献10-文献12）和基于可程控空间光调制器的动态转换技术（参见文献13-文献23）。而后者由于其具有可动态程控的优点更令人感兴趣。在基于SLM的转换技术中，文献13-文献19主要是基于SLM和一些专门设计的光学系统相结合实现产生矢量光束所需的分束和合束。而文献20-文献23主要讨论的是采用两个空间光调制器的方法。例如，在文献19中Clegg等人使用两个显示在同一个电光液晶空间光调制器上的计算全息图实现任意偏振控制的方法。但该方法需要一个包含多个反射镜的较为复杂的折叠光路。最近，在文献23中Han等人设计了一个基于两个反射式纯相位空间光调制器的任意矢量光束生成装置；但由于该装置不仅涉及两个反射式空间光调制器还需要非偏振型分束棱镜和反射镜等光学元件，装置结构较复杂，系统成本也较高。

中国专利文献CN103293696A公开了一种《基于马赫曾德干涉仪生成任意矢量光束的装置》，包括基模线偏振激光光源、二分之一波片、两个偏振分光棱镜、两个全反镜、两个非连续波片和电光相位调制器；基模线偏振激光光源产生的基模高斯光束经二分之一波片和第一偏振分光棱镜分成两路正交线偏振光；垂直偏振光经45°第一全反镜和第一非连续波片后转换成TEM01垂直偏振光；水平偏振光则经过第二非连续波片后转换成TEM10水平偏振光，TEM10水平偏振光经过电光相位调制器和45°放置的第二全反镜反射后与TEM01垂直偏振光在第二偏振分光棱镜处同轴相干叠加生成矢量偏振光。

CN102183847A公开了一种《生成矢量光束的方法和装置》，由激光器、起偏器、偏振分光棱镜、石英平片、反射镜、第一扩束器、二元振幅光栅、第二扩束器、小孔光阑、1/4波片、CCD相机组成。首先采用以偏振分光棱镜、反射镜和第一扩束器为核心元件的光学系统产生具有特定夹角的两束偏振方向正交的线偏振光，然后利用以二元振幅光栅和1/4波片为核心元件的光学系统将上述两束光转换为两束偏振旋向相反且具有相反螺旋相位的圆偏振拉盖尔高斯光束，并在系统光轴处实现同轴合束，得到所需的矢量光束。

CN101178484公开了一种《任意偏振分布矢量光束的生成装置》，在沿产生线偏振光的光源的光线方向上依次设置由计算机控制的空间光调制器、第一透镜、滤波器、两个四分之一波片、第二透镜和Rochi光栅；空间光调制器位于第一透镜的前焦面，第一透镜的后焦面设置滤波器；滤波器同时位于第二透镜的前焦面；Rochi光栅位于第二透镜的后焦面。两个四分之一波片紧贴滤波器背光源一面放置。

上述三种生成任意矢量光束装置的结构都比较复杂，需要使用像衍射光栅、分光棱镜、反射镜之类的光学元件，集成困难，不易携带。

发明内容

本发明针对现有生成任意矢量光束的技术存在的问题，提出一种容易集成和便携、转换效率高的双通道矢量空间光调制器(VSLM)。

本发明的双通道矢量空间光调制器，由一个纯相位型空间光调制器(PSLM)和一个组合阵列双折射波片（CABP）两部分组成，其中，纯相位型空间光调制器上的每四个子像素组成一个编码基元；组合阵列双折射波片中的各个子波片与纯相位型空间光调制器的各个子像素一一对应并分成交互排列的两组，两组子波片的光轴相交成45度角。

组合阵列双折射波片分成的两组子波片的作用是将入射到纯相位型空间光调制器每个编码基元上的光束转换成两个正交偏振分量，每个正交偏振分量的复振幅分别由该编码基元中的两个子像素的相位参数控制；由于一个任意矢量光束能够分解成两个归一化的正交偏振分量，而每个正交偏振分量的复振幅又能够分解成两个纯相位函数，因此，一个任意矢量光束能够分解成四个纯相位函数；利用四个纯相位函数设计一个四相位编码图样，该图样上的每个编码基元有四个子像素（与纯相位型空间光调制器上的编码基元相对应），图样上每个编码基元的四个子像素的灰度值与四个纯相位函数相对应，将这个四相位编码图样输出到纯相位型空间光调制器上，并用平面光照明，就能够输出所需要的矢量光束。

本发明结构简单，避免了使用像衍射光栅、分光棱镜、反射镜之类的光学元件，能够提供两个独立的正交偏振编码通道，可以将入射高斯光束或平面波转换成具有任意空间偏振分布和复振幅分布的二维矢量光束，容易集成和设计成便携装置，直接通过四个纯相位函数实现对输出矢量光束的两个正交偏振分量的控制，具有同轴和共路、转换效率高、只使用零级衍射光等特点。

附图说明

图1是本发明双通道矢量空间光调制器（VSLM）的结构原理示意图。

图2是基于本发明双通道矢量空间光调制器（VSLM）生成矢量光束的实验系统示意图。

图3中（a）是4相位编码图样的实例局部放大图，（b）是显示到被设置成强度调制模式的扭曲向列液晶空间光调制器（TN-SLM）上的黑白交错的棋盘状图样。

图4是矢量涡旋光束的实验结果示意图。图4中(a)是输出矢量光束的强度分布,由前面不加检偏器的CCD图像传感器记录；(b)、(c)和(d)给出了当CCD前面放置偏光轴取向分别为45度方向,水平方向和垂直方向的检偏器时得到的输出矢量光束的强度分布图样；(e)和(f)给出了当检偏器的偏光轴取向分别为水平方向和垂直方向时得到的干涉图样。

具体实施方式

图1给出了本发明双通道矢量空间光调制器（VSLM）的结构原理，主要由一个纯相位型空间光调制器(PSLM)1和一个组合阵列双折射波片（CABP）2组成。PSLM的每个编码基元包含4个子像素。如图1所示，组合阵列双折射波片中的子波片分成交互排列的两组，并分别与PSLM的每个编码基元中的4个子像素中的两个相对应，两组子波片的光轴（如快轴）相交成45度角。组合阵列双折射波片中的子波片可以是1/2波片，也可以是1/4波片。

这种两组子波片结构提供了两个正交偏振编码通道，通道中每个编码基元的复振幅由显示到PSLM的相应子像素上的两个可程控的相位参数调控。假设φ_x1，φ_x2,φ_y1，和φ_y2分别为施加到PSLM的每个编码基元中的4个子像素上的程控相位参数。通过该装置，一个均匀线偏振入射激光将被变换成一个矢量光束，该矢量光束的两个正交偏振分量中的一个分量复振幅由φ_x1和φ_x2,确定，另一个分量的复振幅则取决于φ_y1和φ_y2的大小。

为便于讨论，假设用于实现相位编码的PSLM的每个子像素通光孔径为边长分别为a和b的长方形，每个编码基元的周期在两个正交方向上均为p。通过VSLM的光束可表示为以下的Jones矩阵形式：

$\stackrel{\→}{u}(x,y)=\left[\begin{array}{c}{u}_{x1}(x,y)+u_{x2}(x,y)\\ u_{y1}(x,y)+u_{y2}(x,y)\end{array}\right],---\left(2\right)$

其中

$u_{x1}=\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{x1}(m,n)\right]\mathrm{rect}(\frac{x-\mathrm{mp}-\mathrm{\Δ}}{a},\frac{y-\mathrm{np}-\mathrm{\Δ}}{b})$

$u_{x2}=\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{x2}(m,n)\right]\mathrm{rect}(\frac{x-\mathrm{mp}+\mathrm{\Δ}}{a},\frac{y-\mathrm{np}+\mathrm{\Δ}}{b})$

$u_{y1}=\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{y1}(m,n)\right]\mathrm{rect}(\frac{x-\mathrm{mp}-\mathrm{\Δ}}{a},\frac{y-\mathrm{np}+\mathrm{\Δ}}{b}),---\left(3\right)$

$u_{y2}=\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{y2}(m,n)\right]\mathrm{rect}(\frac{x-\mathrm{mp}+\mathrm{\Δ}}{a},\frac{y-\mathrm{np}-\mathrm{\Δ}}{b})$

这里，rect(x/a,y/b)表示PSLM像素的通光孔径；△=p/4是各编码基元中的各个子像素相对编码基元中心的偏移量；（m,n）为编码基元的序数；j为虚数符号。

如果将VSLM置于图2中所示的通用4-f滤波成像系统的傅立叶变换透镜L1的前焦面上，在透镜L1后焦面上的光场刚好为透过VSLM的光场的傅里叶变换,即：

$\stackrel{\→}{U}(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})=\sin c(\mathrm{a\ξ},\mathrm{b\η})\left[\begin{array}{c}{U}_{x1}(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})+U_{x2}(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})\\ U_{y1}(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})+U_{y2}(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})\end{array}\right],---\left(4\right)$

其中

$U_{x1}=\exp \left[j2\mathrm{\π\Δ}(\mathrm{\ξ}+\mathrm{\η})\right]\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Φ}}_{x1}(\mathrm{\ξ}-m/p,\mathrm{\η}-n/p)$

$U_{x2}=\exp \left[j2\mathrm{\π\Δ}(\mathrm{\ξ}+\mathrm{\η})\right]\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Φ}}_{x2}(\mathrm{\ξ}-m/p,\mathrm{\η}-n/p)$

$U_{y1}=\exp \left[j2\mathrm{\π\Δ}(-\mathrm{\ξ}+\mathrm{\η})\right]\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Φ}}_{y1}(\mathrm{\ξ}-m/p,\mathrm{\η}-n/p)$

$U_{y2}=\exp \left[j2\mathrm{\π\Δ}(\mathrm{\ξ}-\mathrm{\η})\right]\underset{m,n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Φ}}_{y1}(\mathrm{\ξ}-m/p,\mathrm{\η}-n/p),---\left(5\right)$

式（5）中的Φ_xi和Φ_yi分别为纯相位函数exp[jφ_xi(x,y)]和exp[jφ_yi(x,y)]的傅立叶变换（也称为空间频谱）；（ξ,η)为空间频率坐标。显然，通过VSLM的光束的空间频谱是Φ_xi和Φ_yi以1/p为周期的重复排列。如果Φ_xi和Φ_yi是限带函数并且PSLM的编码基元周期p足够小，两个相邻限带函数的距离1/p足以保证其不会相互重合。这样的话，可以通过一个位于透镜L1后焦面上的低通孔径滤波器F只让重复频谱的零级项通过。滤波孔径的大小应等于H=λf/p，其中λ为入射光波长，f为透镜L1的焦距。透过该滤波孔径后的光束可表示为

其中，w(ξ/H,η/H)为孔径滤波器F的透过率函数。需要注意的是，式（5）中各项的线性相位因子在(6)式中被忽略了，这是因为在通过孔径滤波器的中心频谱项振幅不等于零的区域该相位因子通常要小于π/10。在另一傅立叶变换透镜L2的后焦面的输出光束为（5）式的逆傅立叶变换（取反射坐标系），即

${\stackrel{\→}{u}}_o(x,y)=\left[\begin{array}{c}\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{x1}(x,y)\right]+\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{x2}\mathrm{\φ}(x,y)\right]\\ \exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{y1}(x,y)\right]+\exp \left[j{\mathrm{\φ}}_{y2}(x,y)\right]\end{array}\right].---\left(7\right)$

(7)式表明，使用上述VSLM可以将一个线偏振平面光转换成一个分解成两个正交偏振分量的矢量光束，每个正交偏振分量由两个纯相位函数控制。

文献24和文献25证明了一个任意归一化的标量复振幅函数均可分解成两个纯相位函数。因此，一个由（1）式所示的任意矢量光束可分解成（7）式所示的四个纯相位函数，并且

其中，d_x和d_y为两个由(1)式中的a_x和a_y符号决定的二值参数（＋1或－1）。因此，实验上该矢量光束可以通过用（8）式所示的4个纯相位函数分别控制PSLM编码的4个子像素的相位延迟来实现。

作为实例，来考虑怎样用这种方法产生两个正交偏振分量具有不同拓扑荷参数的矢量光束。这类矢量光束在量子信息处理和光子的自旋和轨道角动量转换研究中常被涉及到（参见文献26）。设该矢量涡旋光束的Jones矢量函数为

$\stackrel{\→}{E}\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\left[\begin{array}{c}(r/R_x)\exp [-{(r/R_x)}^2]\exp \left[j{l}_x\mathrm{\θ}\right]\\ (r/R_y)\exp [-{(r/R_y)}^2]\exp \left[j{l}_y\mathrm{\θ}\right]\end{array}\right],---\left(9\right)$

其中，Rx,Ry分别为表征该矢量光束两个正交偏振分量的振幅分布模式的常数；lx,ly分别为其两个正交偏振分量的拓扑荷参数；（r,θ）为空间坐标的极坐标形式。为用以上方法产生这样的矢量光束，首先需利用（8）式计算出与（9）式相对应的4个纯相位函数。然后再利用该四个相位函数设计一个满足PSLM相位控制格式要求的4相位编码图样。

图3中的（a）给出了这样一个4相位编码图样的设计实例（只给出了该图样的局部放大图），其中每个基元有2*2个子像素，它们的灰度值与由（8）式确定的4个纯相位函数相对应。将这个4相位编码图样输出到PSLM上并用线偏振平面光照明，在图2所示的傅立叶变换透镜L2的后焦面上就可以得到（9）式所示的矢量涡旋光束。

下面通过实验进一步证明上述方法的可行性。原理上，上述的VSLM可以通过将一个PSLM和一片CABP直接叠加到一起来实现。但由于实验条件的限制，实验中采用的PSLM是一个像素数为1024*768的扭曲向列型液晶空间光调制器（TN-SLM）。虽然这种TN-SLM通常并不是设计用作相位调制器而是主要用作强度调制器（如用于商用投影机上），但如果在该TN-SLM中插入两个具有适当光轴取向的1/4波片，它也可用作纯相位调制（参见文献27和文献28）。本实验中所用的CABP则是通过将一幅具有黑白交错排列的棋盘状图样(如图3中的（b）所示)显示到另一个TN-SLM上并将该TN-SLM设置成强度调制模式（同时去掉其输出线偏振器）来实现的；因为在这种工作模式下，由图样的零灰度(黑色)级控制的像素会使入射光的线偏振态旋转90度，而对应255灰度(白色)级的像素则不改变通过它的入射光的线偏振态,从而构成一个CABP（每个像素相当于一个1/2子波片）。为使PSLM和CABP的相应像素精确对准，在两者之间引入了一组对称远心成像透镜。

图4给出了基于VSLM产生（9）式所示的矢量涡旋光束的实验结果实例。实验中的光束参数设定为：lx=2,ly=-3,Ry=2Rx。图4中(a)是输出矢量光束的强度分布,由前面不加检偏器的CCD图像传感器记录.图4中(b)、(c)和(d)给出了当CCD前面放置偏光轴取向分别为45度方向,水平方向和垂直方向的检偏器时得到的输出矢量光束的强度分布图样。为了进一步揭示输出矢量光束的相位结构,还引入了一个线偏振光与输出矢量光束叠加从而得到它与输出矢量光束的干涉图样。图4中(e)和(f)给出了当检偏器的偏光轴取向分别为水平方向和垂直方向时得到的干涉图样。干涉图样中的条纹分叉情况表明,输出矢量光束的水平偏振分量是一个拓扑荷lx=2的涡旋光束,而其垂直偏振分量则是一个拓扑荷ly=-3(符号是相对于x偏振分量的拓扑荷符号而言)的涡旋光束。图4所示的实验结果与(9)式的理论设计是一致的。实验结果中的强度偏差和噪声主要是由实验中所用的PSLM的相位调制误差引起的。

需要指出的是,实验中所用的远心成像透镜并不是建立VSLM系统所必须的，通过选择更合适的PSLM和CABP有可能避免使用中间的耦合成像系统。

上述理论分析和实验结果表明,由一个PSLM和一个CABP构成的VSLM与本发明提出的4相位编码算法相结合可以将一个均匀线偏振入射光束转换成一个具有任意偏振态分布和复振幅分布的矢量光束。本发明实验建立了一个这样VSLM实验系统，并利用该系统成功地将入射线偏振光变换成了一个矢量涡旋光束，使该矢量光束的两个正交偏振分量具有了不同的拓扑荷参数。与已有的其它产生矢量光束的技术相比，本发明具有同轴，共路和结构简单等优点；并且由于本发明中的矢量光束仅由零级衍射光形成，矢量光束的两个正交分量具有相同的系统像差，便于像差补偿和光束调节。

本发明为发展适用于动态矢量波前变换和三维全息显示的集成矢量空间光调制系统提供了新的途径。

本说明书中提到的文献是指：

文献1：Q.Zhan,“Cylindrical vector beams:from mathematical concepts toapplications,”Adv.Opt.Photon.1,1–57(2009).

文献2：R.Dorn,S.Quabis,and G.Leuchs,“Sharper focus for a radially polarizedlight beam,”Phys.Rev.Lett.91(23),233901(2003).

文献3：H.Wang,L.Shi,B.Lukyanchuk,C.Sheppard,and C.T.Chong,“Creationof a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics,”Nat.Photonics 2(8),501–505(2008).

文献4：X.L.Wang,J.Chen,Y.Li,J.Ding,C.S.Guo,and H.T.Wang,“Opticalorbital angular momentum from the curl of polarization,”Phys.Rev.Lett.105(25),253602(2010).

文献5：Q.Zhan,“Evanescent Bessel beam generation via surface plasmon resonanceexcitation by a radially polarized beam,”Opt.Lett.31(11),1726–1728(2006).

文献6：H.Wang,L.Shi,G.Yuan,X.Miao,W.Tan,and T.Chong,“Subwavelengthand super-resolution nondiffraction beam,”Appl.Phys.Lett.89(17),171102(2006).

文献7：T.A.Nieminen,N.R.Heckenberg,and H.Rubinsztein-Dunlop,“Forces inoptical tweezers with radially and azimuthally polarized trapping beams,”Opt.Lett.33(2),122–124(2008).

文献8:M.Meier,V.Romano,and T.Feurer,“Material processing with pulsed radiallyand azimuthally polarized laser radiation,”Appl.Phys.,A Mater.Sci.Process.86(3),329–334(2007).

文献9:Z.Zang,T.Minato,P.Navaretti,Y.Hinokuma,M.Duelk,C.Velez,and K.Hamamoto,″High-Power(>110mW)Superluminescent Diodes by Using Active MultimodeInterferometer,″IEEE Photo.Tech.Lett.22,721(2010)

文献10:K.C.Toussaint Jr,S.P.Park,J.E.Jureller,and N.F.Scherer,“Generationof optical vector beams with a diffractive optical element interferometer,”Opt.Lett.30,2846(2005).

文献11:G.Machavariani,Y.Lumer,I.Moshe,A.Meir,and S.Jackel,“Efficientextracavity generation of radially and azimuthally polarized beams,”Opt.Lett.32,1468(2007).

文献12:M.Beresna,M.Gecevicius,P.G.Kazansky,and T.Gertus,“Radially polarizedoptical vortex onverter created by femtosecond laser nanostructuring of glass,”Appl.Phys.Lett.98,201101(2011).

文献13:C.Maurer,A.Jesacher,S.Fürhapter,S.Bernet,and M.Ritsch-Marte,“Tailoring of arbitrary optical vector beams,”New J.Phys.9,78(2007).

文献14:X.L.Wang,J.Ding,W.J.Ni,C.S.Guo,and H.T.Wang,“Generation ofarbitrary vector beams with a spatial light modulator and a common pathinterferometric arrangement,”Opt.Lett.32,3549(2007).

文献15:H.T.Wang,X.L.Wang,Y.Li,J.Chen,C.S.Guo,and J.Ding,“A new typeof vector fields with hybrid states of polarization,”Opt.Express18,10786(2010).

文献16:H.Chen,J.Hao,B.F.Zhang,J.Xu,J.Ding,and H.T.Wang,“Generationof vector beam with space-variant distribution of both polarization and phase,”Opt.Lett.36,3179(2011).

文献17:S.Liu,P.Li,T.Peng,and J.Zhao,“Generation of arbitrary spatiallyvariant polarization beams with a trapezoid sagnac interferometer,”Opt.Express20,21715(2012).

文献18:I.Moreno,J.A.Davis,T.M.Hernandez,D.M.Cottrell,and D.Sand,″Completepolarization control of light from a liquid crystal spatial light modulator,″Opt.Express 20,364(2012).

文献19:J.H.Clegg and M.A.A.Neil,″Double pass,common path method for arbitrarypolarization control using a ferroelectric liquid crystal spatial light modulator,″Opt.Lett.38,1043(2013)

文献20:R.L.Eriksen,P.C.Mogensen,and J.Gl¨uckstad,“Elliptical polarisationencoding in two dimensions using phase-only spatial light modulators,”Opt.Commun.187,325–336(2001).

文献21:F.Kenny,D.Lara,O.G.Rodríguez-Herrera,and C.Dainty,“Completepolarization and phase control for focus shaping in high-NA microscopy,”Opt.Express 20,14015(2012).

文献22.D.Maluenda,I.Juvells,R.Rodríguez-Herrera,and A.Carnicer,″Reconfigurable beams with arbitrary polarization and shape distributions at a givenplane,″Opt.Express 21,5424(2013)

文献23.W.Han,Y.Yang,W.Cheng,and Q.Zhan,“Vectorial optical field generatorfor the creation of arbitrarily complex fields,”Opt.Express21,20692–20706(2013).

文献24.C.K.Hsueh and A.A.Sawchuk,″Computer-generated double-phase holograms,″Appl.Opt.17,3874(1978).

文献25.Victor Arrizón.″Optimum on-axis computer-generated hologram encoded intolow resolution phase-modulation devices,″Opt.Lett.28,2521(2003).

文献26.L.Marrucci,E.Karimi,S.Slussarenko,B.Piccirillo,E.Santamato,E.Nagali,and F.Sciarrino,″Spin-to-orbital conversion of the angular momentum of light andits classical and quantum applications,″J.Opt.13,064001(2011).

文献27.B.Ma,B.Yao,Z.Li,and T.Ye,″Improvement of the performance of thetwisted-nematic liquid-crystal display as a phase modulator,″Appl.Opt.50,2588(2011).

文献28.J.L.Martínez,I.Moreno,J.A.Davis,T.J.Hernandez,and K.P.McAuley,″Extended phase modulation depth in twisted nematic liquid crystal displays,″Appl.Opt.49,5929(2010).

Claims (1)

1.一种双通道矢量空间光调制器，由一个纯相位型空间光调制器和一个组合阵列双折射波片两部分组成，其特征是：纯相位型空间光调制器上的每四个子像素组成一个编码基元；组合阵列双折射波片中的各个子波片与纯相位型空间光调制器的各个子像素一一对应并分成交互排列的两组，两组子波片的光轴相交成45度角；

组合阵列双折射波片分成的两组子波片的作用是将入射到纯相位型空间光调制器每个编码基元上的光束转换成两个正交偏振分量，每个正交偏振分量的复振幅分别由该编码基元中的两个子像素的相位参数控制；由于一个任意矢量光束能够分解成两个归一化的正交偏振分量，而每个正交偏振分量的复振幅又能够分解成两个纯相位函数，因此，一个任意矢量光束能够分解成四个纯相位函数；利用四个纯相位函数设计一个四相位编码图样，该图样上的每个编码基元有四个子像素，图样上每个编码基元的四个子像素的灰度值与四个纯相位函数相对应，将这个四相位编码图样输出到纯相位型空间光调制器上，并用平面光照明，就能够输出所需要的矢量光束。

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