CN109828380A - 一种矢量贝塞尔光束生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矢量贝塞尔光束生成装置，该装置包括空间光调制器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜和光栅，空间光调制器上加载了全息光栅，用于衍射空间光调制器调节之后的调制光，形成具有相反涡旋相位且强度是贝塞尔分布的衍射光，衍射光透过第一透镜后经空间滤波器滤波，形成左旋圆偏光和右旋圆偏光，左旋圆偏光和右旋圆偏光透过第二透镜后经过光栅叠加，形成矢量贝塞尔光束。该装置只需要通过调节全息光栅改变衍射光的涡旋相位，就能形成不同阶数的矢量贝塞尔光束，操作过程简单可行。

Description

一种矢量贝塞尔光束生成装置

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种矢量贝塞尔光束生成装置。

背景技术

传统的贝塞尔光束，是通过一个锥透镜生成的，若需要得到高阶的贝塞尔光束，即携带轨道角动量的贝塞尔光束，则需要相位突变单元对垂直入射的圆极化电磁波的交叉极化透射分量引入与其分布位置相关的相位突变，并通过将产生涡旋波束所需要的相位分布和产生贝塞尔波束所需要的相位分布进行叠加，使透射场中交叉极化分量呈现携带轨道角动量的贝塞尔波束传播特性。该方法操作复杂，并且生成的贝塞尔光束的种类有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种矢量贝塞尔光束生成装置，可以生成不同阶数的矢量贝塞尔光束，并且操作过程简单可行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种矢量贝塞尔光束生成装置，所述装置包括：

空间光调制器SLM，用于接收并调节线偏振光的相位，形成调制光；

全息光栅，加载在所述SLM上，用于衍射所述调制光，形成衍射光；所述全息光栅的透过率为：

其中x为所述衍射光在空间坐标中的横坐标，y为所述衍射光在所述空间坐标中的纵坐标；f为所述全息光栅的空间载频，d为所述全息光栅的周期，为所述全息光栅的旋向坐标，r为所述全息光栅的径向坐标，为所述衍射光的初始相位，n为所述衍射光的拓扑荷数；

空间滤波器，与所述SLM对应设置，用于对所述衍射光进行滤波；

第一波片和第二波片，分别设置在所述空间滤波器上，用于对滤波后的所述衍射光进行转换，形成左旋圆偏光和右旋圆偏光；

光栅，与所述空间滤波器对应设置，用于叠加所述左旋圆偏光和所述右旋圆偏光，形成矢量贝塞尔光束。

可选的，所述装置还包括：

第一透镜，设置于所述SLM与所述空间滤波器之间，所述衍射光透过所述第一透镜聚焦在所述空间滤波器上；

第二透镜，设置于所述空间滤波器和所述光栅之间，所述左旋圆偏光和所述右旋圆偏光透过所述第二透镜透射在所述光栅上。

可选的，所述全息光栅为二维全息光栅。

可选的，所述衍射光为具有相反涡旋相位且强度是贝塞尔分布的衍射光。

可选的，所述衍射光为±1级衍射光。

可选的，所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片。

可选的，所述空间滤波器设置于一倍焦距处。

可选的，所述光栅为朗奇光栅。

可选的，所述第一透镜与所述第二透镜共焦。

可选的，所述第一透镜为凸透镜。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明设置了空间光调制器、第一透镜、空间滤波器、第二透镜和光栅，空间光调制器上加载了全息光栅，用于衍射空间光调制器调节之后的调制光，形成具有相反涡旋相位且强度是贝塞尔分布的衍射光，衍射光透过第一透镜后经空间滤波器滤波，形成左旋圆偏光和右旋圆偏光，左旋圆偏光和右旋圆偏光透过第二透镜后经过光栅叠加，形成矢量贝塞尔光束。该装置只需要通过调节全息光栅改变衍射光的涡旋相位，就能形成不同阶数的矢量贝塞尔光束，操作过程简单可行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的矢量贝塞尔光束生成装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一阶矢量贝塞尔光场的示意图；

图3为本发明实施例提供的n阶矢量贝塞尔光场的示意图；

图4为本发明实施例提供的增加角型光阑形成的矢量贝塞尔光场示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种矢量贝塞尔光束生成装置，可以生成不同阶数的矢量的贝塞尔光束，并且操作过程简单可行。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所述，矢量贝塞尔光束生成装置包括：空间光调制器SLM1、第一透镜2、空间滤波器3、第一波片301、第二波片302、第二透镜4和光栅5。

空间光调制器SLM1，用于接收并调节线偏振光的相位，形成调节光。

SLM1上加载全息光栅，用于衍射调节光，形成具有相反涡旋相位且强度是贝塞尔分布的衍射光；全息光栅的透过率为其中x为衍射光在空间坐标中的横坐标，y为衍射光在空间坐标中的纵坐标；f为全息光栅的空间载频，d为全息光栅的周期，为全息光栅的旋向坐标，r为全息光栅的径向坐标，为衍射光的初始相位，n为衍射光的拓扑荷数。

全息光栅为二维全息光栅，可以为不同级次的衍射光提供特定的相位差，其中两对±1级的的衍射光分别携带相反的涡旋相位。

空间滤波器3，与SLM1对应设置，设置于一倍焦距处，用于对衍射光进行滤波。

第一波片301和第二波片302，分别设置在空间滤波器3上，用于对滤波后的衍射光进行转换，形成左旋圆偏光和右旋圆偏光；第一波片301和第二波片302均为四分之一波片。

光栅5，与空间滤波器3对应设置，用于叠加左旋圆偏光和右旋圆偏光，形成矢量贝塞尔光束，光栅为朗奇光栅。

矢量贝塞尔光束生成装置装置还包括：

第一透镜2为凸透镜，设置于SLM1与空间滤波器3之间，衍射光透过第一透镜2聚焦在空间滤波器3上。

第二透镜4，设置于空间滤波器3和光栅5之间，左旋圆偏光和右旋圆偏光透过第二透4镜透射在光栅5上。

第一透镜2与第二透镜4共焦。

如图2所示，为生成的一阶矢量贝塞尔光场在无偏振片，和偏振片分别为0°，45°，90°和135°时的光场强度图，无偏振片时，即生成的光场为贝塞尔强度分布，加偏振片后，随偏振片转动，消光方向也随之转动，即偏振是沿旋向变化的矢量光场。而杂化偏振的矢量贝塞尔光场存在两个不消光的方向，即不是局域线偏的，也就是杂化偏振。

通过改变加载到空间光调制器上的全息光栅，可以形成如图3所示的二阶、三阶和四阶矢量贝塞尔光束，同样也可以形成更高阶的矢量贝塞尔光束。

如图4所示，为在朗奇光栅之后80cm处增加了一个角型光阑，形成的光场强度图，可以看出，传播过程中逐渐愈合，传播到200cm处基本愈合。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述装置包括：

空间光调制器SLM，用于接收并调节线偏振光的相位，形成调制光；

全息光栅，加载在所述SLM上，用于衍射所述调制光，形成衍射光；所述全息光栅的透过率为：

其中x为所述衍射光在空间坐标中的横坐标，y为所述衍射光在所述空间坐标中的纵坐标；f为所述全息光栅的空间载频，d为所述全息光栅的周期，为所述全息光栅的旋向坐标，r为所述全息光栅的径向坐标，为所述衍射光的初始相位，n为所述衍射光的拓扑荷数；

空间滤波器，与所述SLM对应设置，用于对所述衍射光进行滤波；

第一波片和第二波片，分别设置在所述空间滤波器上，用于对滤波后的所述衍射光进行转换，形成左旋圆偏光和右旋圆偏光；

光栅，与所述空间滤波器对应设置，用于叠加所述左旋圆偏光和所述右旋圆偏光，形成矢量贝塞尔光束。

2.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一透镜，设置于所述SLM与所述空间滤波器之间，所述衍射光透过所述第一透镜聚焦在所述空间滤波器上；

第二透镜，设置于所述空间滤波器和所述光栅之间，所述左旋圆偏光和所述右旋圆偏光透过所述第二透镜透射在所述光栅上。

3.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述全息光栅为二维全息光栅。

4.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述衍射光为具有相反涡旋相位且强度是贝塞尔分布的衍射光。

5.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述衍射光为±1级衍射光。

6.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片。

7.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述空间滤波器设置于一倍焦距处。

8.根据权利要求1所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述光栅为朗奇光栅。

9.根据权利要求2所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜共焦。

10.根据权利要求2所述的矢量贝塞尔光束生成装置，其特征在于，所述第一透镜为凸透镜。