CN109270697A - 一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，所述装置包括：用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；本发明的合成柱矢量光的左旋和右旋圆偏振涡旋光分别由两个涡旋光产生装置产生，通过调制加载在这两个涡旋光产生装置上的相位图之间的相位差就可以得到任意偏振态的柱矢量光，具有光路简单合理，可重复性强的特点，整个装置只需要一束光就可以实现柱矢量光的产生，能量利用率高，产生的光束更稳定、质量更高。

Description

一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法

技术领域

本发明涉及信息光学技术领域，尤其涉及的是一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法。

背景技术

偏振是光的一种基本特性，包括均匀偏振和非均匀偏振两种偏振态，其中均匀偏振光包括常见的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，他们最大的一个共同点是光束横截面上各点的偏振态相同。偏振空间分布不均匀的非均匀偏振光也被称作矢量光，独特的偏振特性使得矢量光在近几年受到了人们的广泛关注，其中偏振呈轴对称分布的柱矢量光束格外引人注目，并且在粒子捕获、超分辨成像和通信等领域具有许多重要的应用。为了更形象、具体的描述光场的偏振态，庞加莱于1892年提出了庞加莱球这一概念，传统庞加莱球上每一点都对应一种均匀偏振态，而高阶庞加莱球可以用来描述柱矢量光的偏振态。高阶庞加莱赤道对应线偏振柱矢量光，两极对应圆偏振柱矢量光，而球上其余地方则对应不同状态的椭圆偏振柱矢量光。研究表明，柱矢量光具有很好的传输可靠性，在应用于通信时，可以在少模光纤(少模光纤是一种纤芯面积足够大、足以利用几个独立的空间模式传输并行数据流的光纤)中传输，并且同时维持良好的传输特性。柱矢量光在应用于不同领域时，首先要解决的就是产生问题，然而，目前缺乏可以直接产生高阶庞加莱球上任意偏振态的柱矢量光的有效装置，这使得柱矢量光在实际应用中有很大的局限性。

近年来，许多产生柱矢量光的方法已经被提出，包括激光谐振腔法，超表面转换法和相干合成法，其中激光谐振腔法需要特定的光学元件来改变模式，超表面转换法可以有效地生成柱矢量光，但难以自由的调控偏振态。由于研究人员已经证实柱矢量光可以分解为左旋和右旋圆偏振状态的两个涡旋光的叠加，因此相干合成法似乎是生成任意偏振态柱矢量光的最实用的方法。许多研究也已经使用了这种方法生成柱矢量光，例如Mach-Zehnder干涉方法，空间光调制器调制方法，以及数字微镜器件调制法。这些方法在生成柱矢量光方面各有优势，但仍存在一些不可避免的缺点，其中大多数方法采用了光束分离调制和光束重组，这很难确保所产生的柱矢量光的稳定性和灵活性，而且这些实验系统复杂，可重复性也相当困难。

因此，针对上述缺陷，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，实现了在高阶庞加莱球上生成具有任意偏振态的柱矢量光，通过在线性偏振输入光的水平和垂直这两个正交偏振方向上加载空间螺旋相位，获得正交偏振态的两个涡旋光；通过四分之一波片后，涡旋光的线性偏振态被转换为圆偏振，左旋和右旋涡旋光叠加后就可以生成柱矢量光；本发明不仅可以通过调控这两个正交涡旋光束之间的相位差，实现高阶庞加莱球赤道上的柱矢量光的任意旋转，还可以实现高阶庞加莱球两极上柱矢量光的产生；由于整个装置操作过程中仅需要一束光，因此产生的柱矢量光的稳定性大大提高，不需要进行光束分离调制和光束重组也使得整个系统非常简单和可重复性强。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置包括：

用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；

用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；

用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；

所述线偏振光产生模块由用于产生高斯光束的光源和用于调节偏振的起偏器组成；

所述正交偏振调制模块由用于改变相位的第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置、用于产生傅里叶变换的第一傅里叶变换单元和第二傅里叶变换单元以及用于改变偏振方向的第一波片和第二波片组成；

所述光强探测模块包括用于记录的光强拍摄装置。

所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述起偏器设置在所述光源后方；

所述第一涡旋光产生装置设置在所述起偏器后方；

所述第一傅里叶变换单元设置在所述第一涡旋光产生装置前方；

所述第二傅里叶变换单元设置在所述第一傅里叶变换单元前方；

所述第一波片设置在所述第二傅里叶变换单元前方；

所述第二涡旋光产生装置设置在所述第一波片前方；

所述第二波片设置在所述第二涡旋光产生装置后方；

所述光强拍摄装置设置在所述第二波片后方。

所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述光源、起偏器以及第一涡旋光产生装置依次设置在同一光轴上；

所述第一涡旋光产生装置、第一傅里叶变换单元、第二傅里叶变换单元、第一波片以及第二涡旋光产生装置依次设置在同一光轴上；

所述第二涡旋光产生装置、第二波片以及光强拍摄装置依次设置在同一光轴上。

优选地，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述光源为波长为1550nm的激光器；所述起偏器为格兰棱镜。

优选地，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置为反射式相位型空间光调制器。

优选地，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述第一傅里叶变换单元和第二傅里叶变换单元为焦距为100mm的双凸透镜，两个相同焦距的凸透镜组成一个4F系统。

优选地，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述第一波片为二分之一波片，所述第二波片为四分之一波片。

优选地，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述光强拍摄装置为CCD探测器。

一种基于所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法，其中，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法包括以下步骤：

步骤A，将起偏器转到45°，通过第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向均生成涡旋光；

步骤B，经过第二波片后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；

步骤C，调控加载在第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；

步骤D，将起偏器转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；

步骤E，将起偏器转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。

进一步地，所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法，其中，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法具体包括：

步骤A1，将格兰棱镜转到45°，通过两个反射式相位型空间光调制器分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在两个反射式相位型空间光调制器上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向都生成涡旋光；

步骤B1，经过一个四分之一波片后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；

步骤C1，调控加载在两个反射式相位型空间光调制器上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；

步骤D1，将格兰棱镜转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；

步骤E1，将格兰棱镜转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。

有益效果：本发明提供的了一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，所述装置包括：用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；本发明的合成柱矢量光的左旋和右旋圆偏振涡旋光分别由两个涡旋光产生装置产生，通过调制加载在这两个涡旋光产生装置上的相位图之间的相位差就可以得到任意偏振态的柱矢量光，具有光路简单合理，可重复性强的特点，整个装置只需要一束光就可以实现柱矢量光的产生，能量利用率高，产生的光束更稳定、质量更高。

附图说明

图1是本发明基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置的较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法的的较佳实施例的流程图；

图3是本发明基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法的的较佳实施例中拓扑荷值为+1的高阶庞加莱球示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的前方和后方的表述为正常的方位表述习惯，例如在X装置(其中X装置只是用来举例)的右边为后方，在X装置的左边为前方，仅仅用于描述设置方位，具体地可参照附图中的具体方位进行理解。

请参阅图1，图1是本发明基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置的较佳实施例的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置包括：

用于产生满足需求(这里的需求就是根据要得到的是线偏振柱矢量光还是圆偏振柱矢量光，如果是线偏振柱矢量光，线偏振光产生模块就产生同时包含水平偏振和垂直偏振的线偏振光，如果需要得到圆偏振光就是产生只包含水平偏振或者垂直偏振的线偏振)的线偏振入射光的线偏振光产生模块；用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；

其中，所述线偏振光产生模块由用于产生高斯光束的光源1和用于调节偏振的起偏器2组成；

所述正交偏振调制模块由用于改变相位的第一涡旋光产生装置3和第二涡旋光产生装置7、用于产生傅里叶变换的第一傅里叶变换单元4和第二傅里叶变换单元5以及用于改变偏振方向的第一波片6和第二波片8组成；

所述光强探测模块包括用于记录的光强拍摄装置9。

具体地，所述起偏器2设置在所述光源1后方；

所述第一涡旋光产生装置3设置在所述起偏器2后方；

所述第一傅里叶变换单元4设置在所述第一涡旋光产生装置3前方(此处所指的前方可以为呈一定角度的前方，例如前方45度角，并不一定表示为正前方，方位的描述是为了更好的理解位置关系)；

所述第二傅里叶变换单元5设置在所述第一傅里叶变换单元4前方；

所述第一波片6设置在所述第二傅里叶变换单元5前方；

所述第二涡旋光产生装置7设置在所述第一波片6前方；

所述第二波片8设置在所述第二涡旋光产生装置7后方；

所述光强拍摄装置9设置在所述第二波片8后方。

进一步地，所述光源1、起偏器2以及第一涡旋光产生装置3依次设置在同一光轴上；

所述第一涡旋光产生装置3、第一傅里叶变换单元4、第二傅里叶变换单元5、第一波片6以及第二涡旋光产生装置7依次设置在同一光轴上；

所述第二涡旋光产生装置7、第二波片8以及光强拍摄装置9依次设置在同一光轴上。

进一步地，所述光源1为波长为1550nm的激光器，激光器为能发射激光的装置，所述激光器用于产生高斯光束，通常情形，激光谐振腔发出的基模辐射场，其横截面的振幅分布遵守高斯函数，故称高斯光束；所述起偏器2为格兰棱镜，格兰棱镜是偏振棱镜的一种，偏振棱镜是利用晶体的双折射现象而制成的偏振器件，无论是自然光还是偏振光通过偏振棱镜后就变成振动方向由棱镜偏振方向所决定的线偏振光。

进一步地，所述第一涡旋光产生装置3和第二涡旋光产生装置7为反射式相位型空间光调制器，空间光调制器是指在主动控制下可以通过液晶分子调制光场的某个参量，例如通过调制光场的振幅，通过折射率调制相位，通过偏振面的旋转调制偏振态，或是实现非相干-相干光的转换，从而将一定的信息写入光波中，达到光波调制的目的，它可以方便地将信息加载到一维或二维的光场中，利用光的宽带宽，多通道并行处理等优点对加载的信息进行快速处理，它是构成实时光学信息处理、光互连、光计算等系统的核心器件。本发明中，涡旋光产生装置不仅限于反射式相位型空间光调制器，可用类似只对水平偏振方向或垂直偏振方向敏感的可调制相位的器件替换。

进一步地，所述第一傅里叶变换单元4和第二傅里叶变换单元5为焦距为100mm的双凸透镜，双凸透镜是一种双凸透镜片，该双凸透镜片包括入射面和射出面，其特征在于透镜面的中间部的焦距较长，各透镜面的端部的焦距较短。双凸透镜主要用于汇聚来自点光源的光或向其它光学系统传递图像；两个相同焦距的凸透镜组成一个4F系统(简单的来说就是有两个焦距为f的透镜，相距2f，物距为f，相距也为f，所以是4F系统)；本发明不局限于100mm的双凸透镜，可用其他合适焦距的双凸透镜替代。

进一步地，所述第一波片6为二分之一波片，所述第二波片8为四分之一波片；波片是能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差(或相位差)的光学器件，二分之一波片是一定厚度的双折射晶体，当法向入射的光透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的相位差等于π或其奇数倍，这样的晶片称为二分之一波片，简称半波片；四分之一波片是一定厚度的双折射单晶薄片，当光法向入射透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差等于π/2或其奇数倍，这样的晶片称为四分之一波片或1/4波片。

进一步地，所述光强拍摄装置9为CCD探测器，环境适应能力极强，性能稳定可靠。

基于上述实施例提供的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，本发明还提供一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法，请参阅图2，图2是本发明基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法的的较佳实施例的流程图。

所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法包括以下步骤：

步骤100，将起偏器2转到45°，通过第一涡旋光产生装置3和第二涡旋光产生装置7分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在第一涡旋光产生装置3和第二涡旋光产生装置7上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向均生成涡旋光；

步骤200，经过第二波片8后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；

步骤300，调控加载在第一涡旋光产生装置3和第二涡旋光产生装置7上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；

步骤400，将起偏器2转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；

步骤500，将起偏器2转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。

进一步地，具体实现过程包括如下步骤：将格兰棱镜转到45°，通过两个反射式相位型空间光调制器分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在两个反射式相位型空间光调制器上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向都生成涡旋光；经过一个四分之一波片后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；调控加载在两个反射式相位型空间光调制器上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；将格兰棱镜转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；将格兰棱镜转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。

进一步地，如图3所示为拓扑荷值l＝+1的高阶庞加莱球，球上任意一点的偏振态都对应柱矢量光束的唯一偏振态，偏振态可以用斯托克斯参数组成的坐标表示，为了方便起见，更多的是用球坐标表示：

ψ_l(θ,φ)＝cos(θ/2)e^-iφ/2L_l+sin(θ/2)e^iφ/2R_l, (1)

其中(θ,φ)为球坐标，i是虚数单位，L_l和R_l分别是左旋和右旋偏振涡旋光，其表达式分别是：

其中 和是矢量单元，图3中也相应的在赤道、两极和南北半球标出了几个具有代表性的点，其中A₊和D₊位于高阶庞加莱球的赤道上，对应的偏振态为线偏振，北极N₊对应左旋圆偏振柱矢量光，南极S₊对应右旋圆偏振柱矢量光，而位于赤道和极点之间的B₊和C₊则是椭圆偏振柱矢量光。

图1为具体的装置结构图，本装置首先产生拓扑荷l＝+1的高阶庞加莱球赤道上的任意线偏振柱矢量光，光源1出射线偏振高斯光，起偏器2(格兰棱镜)转到45°，控制偏振态为同时包含水平和垂直偏振，在第一涡旋光产生装置3(第一个反射式相位型空间光调制器)上加载l＝+1的相位图，将水平偏振方向的高斯光调制成l＝+1的涡旋光，垂直偏振方向的高斯光不受影响。二分之一波片(第一波片6)将水平偏振和垂直偏振旋转90°，原来的水平偏振变成垂直偏振，垂直偏振变成垂直偏振。焦距为100mm的双凸透镜和构成一个4F系统，为了保证从第一涡旋光产生装置3产生的涡旋光传输到第二涡旋光产生装置7时不会扩散，第二涡旋光产生装置7上同样加载l＝+1的相位图，也是将水平偏振方向的高斯光调制成l＝+1涡旋光，但是此时的水平偏振是入射光的垂直偏振方向，这样就实现了对入射光的正交线偏振方向的调制，已经产生的正交线偏振的两个涡旋光经过二分之一波片(第二波片8)后变成正交的圆偏振涡旋光。

涡旋光经过一次反射，拓扑荷值就会反向一次，入射光的水平偏振方向在整个装置中经过了两次反射后拓扑荷值仍然不变，但入射光的垂直偏振只经过了第二涡旋光产生装置7的一次反射，拓扑荷值由l＝+1变成了l＝-1。从关系式(1)可以看出，此时产生的正交圆偏振涡旋光正好可以合成柱矢量光。通过改变左旋和右旋圆偏振涡旋光之间的相位差就可以实现产生的柱矢量光的旋转，即可实现任意偏振态的柱矢量光的产生，而改变加载在两个涡旋光产生装置上的相位图之间的初始相位差就可以改变这两个正交圆偏振涡旋光的相位差。

本发明的装置及方法不仅可以产生高阶庞加莱球赤道上任意的柱矢量光，还可以产生两极点处的柱矢量光，只需要将格兰棱镜旋转至0°或者90°，这时入射光就只有水平偏振或垂直偏振，而本装置采用的反射式相位型空间光调制器只对水平偏振敏感，因此最终产生的柱矢量光就只有右旋或者左旋偏振态，这也就产生了两极点处的柱矢量光。

最后，利用CCD探测器对其产生的光强进行接收，就可以得到利用正交偏振调制系统产生的任意偏振态的柱矢量光。

本实施例所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法及装置，成功利用对入射光的水平和垂直两个正交偏振方向进行相位调制，实现了高阶庞加莱球赤道上任意偏振柱矢量光及两极点柱矢量光的产生，整个实验过程中系统所用到的都只有一束光，相比传统的分束调制后合束生成柱矢量光的方法，系统更简单，也更容易操作，且产生的柱矢量光更稳定。

综上所述，本发明提出了一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，所述装置包括：用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；本发明的合成柱矢量光的左旋和右旋圆偏振涡旋光分别由两个涡旋光产生装置产生，通过调制加载在这两个涡旋光产生装置上的相位图之间的相位差就可以得到任意偏振态的柱矢量光，具有光路简单合理，可重复性强的特点，整个装置只需要一束光就可以实现柱矢量光的产生，能量利用率高，产生的光束更稳定、质量更高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置包括：

用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；

用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；

用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；

所述线偏振光产生模块由用于产生高斯光束的光源和用于调节偏振的起偏器组成；

所述正交偏振调制模块由用于改变相位的第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置、用于产生傅里叶变换的第一傅里叶变换单元和第二傅里叶变换单元以及用于改变偏振方向的第一波片和第二波片组成；

所述光强探测模块包括用于记录的光强拍摄装置。

2.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述起偏器设置在所述光源后方；

所述第一涡旋光产生装置设置在所述起偏器后方；

所述第一傅里叶变换单元设置在所述第一涡旋光产生装置前方；

所述第二傅里叶变换单元设置在所述第一傅里叶变换单元前方；

所述第一波片设置在所述第二傅里叶变换单元前方；

所述第二涡旋光产生装置设置在所述第一波片前方；

所述第二波片设置在所述第二涡旋光产生装置后方；

所述光强拍摄装置设置在所述第二波片后方。

3.根据权利要求2所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述光源、起偏器以及第一涡旋光产生装置依次设置在同一光轴上；

所述第一涡旋光产生装置、第一傅里叶变换单元、第二傅里叶变换单元、第一波片以及第二涡旋光产生装置依次设置在同一光轴上；

所述第二涡旋光产生装置、第二波片以及光强拍摄装置依次设置在同一光轴上。

4.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述光源为波长为1550nm的激光器；所述起偏器为格兰棱镜。

5.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置为反射式相位型空间光调制器。

6.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述第一傅里叶变换单元和第二傅里叶变换单元为焦距为100mm的双凸透镜，两个相同焦距的凸透镜组成一个4F系统。

7.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述第一波片为二分之一波片，所述第二波片为四分之一波片。

8.根据权利要求1所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其特征在于，所述光强拍摄装置为CCD探测器。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法，其特征在于，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法包括以下步骤：

步骤A，将起偏器转到45°，通过第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向均生成涡旋光；

步骤B，经过第二波片后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；

步骤C，调控加载在第一涡旋光产生装置和第二涡旋光产生装置上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；

步骤D，将起偏器转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；

步骤E，将起偏器转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。

10.根据权利要求9所述的基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法，其特征在于，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生方法具体包括：

步骤A1，将格兰棱镜转到45°，通过两个反射式相位型空间光调制器分别对入射光的水平和垂直偏振方向进行调制，在两个反射式相位型空间光调制器上加载螺旋相位图，使水平和垂直两个正交偏振方向都生成涡旋光；

步骤B1，经过一个四分之一波片后，水平线偏振变成右旋圆偏振，垂直线偏振变成左旋圆偏振，将两个正交圆偏振叠加后产生柱矢量光；

步骤C1，调控加载在两个反射式相位型空间光调制器上相位的初始相位差以实现柱矢量光的旋转，得到高阶庞加莱球赤道上任意偏振态的柱矢量光；

步骤D1，将格兰棱镜转到0°，得到高阶庞加莱球北极处的柱矢量光；

步骤E1，将格兰棱镜转到90°，得到高阶庞加莱球南极处的柱矢量光。