CN110082924B - 一种基于径向偏振变化的矢量光束的圆偏振光生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于径向偏振变化的矢量光束的圆偏振光生成装置，包括径向偏振变化的矢量光束生成器，液晶介质以及一个小孔径光阑；从径向偏振变化的矢量光束生成器出射偏振态径向变化的矢量光束，经过在强非局域非线性介质中传播后，透过光阑后得到圆偏振光。该生成装置，可通过改变输入功率或传播距离或两者同时改变来得到左旋圆偏振光，右旋圆偏振光或混合圆偏振光。

Description

一种基于径向偏振变化的矢量光束的圆偏振光生成装置
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于径向偏振变化的矢量光束的圆偏振光生成装置。
背景技术
矢量光场是指同一时刻同一波阵面上不同位置具有不同偏振态的光场，也称为偏振态非均匀分布的光场。矢量光束由于其独特的偏振态，在光场时空演化及其与其他物质相互作用中起着非常重要的作用，表现出一些不同于标量场的新性质。矢量光场的独特性质在生物光子学、量子信息、近场光学、光学微操纵、单分子成像、超分辨显微、激光加速、微加工等领域有着巨大地潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种基于径向偏振变化的矢量光束的圆偏振光生成装置，且在同一套装置中，通过设置输入功率的大小或者改变传播距离，所述圆偏振光可以在左旋圆偏振光，右旋圆偏振光以及混合方向圆偏振光三种状态间自由切换。
本发明通过以下技术方案来实现：一种基于径向偏振变化的矢量光束在液晶中传播特性的圆偏振光生成装置，其特征在于，依次包括径向偏振变化的矢量光束生成器、液晶介质和小孔径光阑。矢量光束生成器生成的径向偏振变化的矢量光束表示为：
Figure GDA0002954511700000011
其中A0是振幅，r＝(x2+y2)1/2，表示距离光束中心轴的距离，l是径向拓扑荷数，w0是基模高斯光束的腰斑半径，r0为光束传播初始半径，ex和ey分别是x方向和y方向上的单位向量。
所述液晶介质为强非局域非线性介质；
矢量光束生成器生成的矢量光束经液晶介质传播，矢量光束生成器生成的矢量光束经液晶介质传播，最后经小孔径光阑过滤掉非圆偏振状态的光速，从而得到圆偏振光。
进一步地，得到的圆偏振光为左旋圆偏振光，右旋圆偏振光，或混合圆偏振光。
进一步地，通过改变输入功率或传播距离实现左旋圆偏振光，右旋圆偏振光，或混合圆偏振光的转换。
进一步地，(a)当输入功率Pin一定时：光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000021
时，表现为右旋圆偏振光；光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000022
时，表现为左右旋混合圆偏振光；光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000023
时表现为左旋圆偏振光。
其中，Z表示传播距离，Pin表示光束的输入功率，γ是与所述液晶介质响应函数相关的材料常数,n取0,1,2,3等。
(b)当液晶介质中的传播距离Z一定时，改变输入功率，光束在同一传播位置，能获得不同的圆偏振光输出。
进一步地，所述输入功率的改变，通过衰减片实现。
本发明的有益效果在于：该生成装置，可通过改变输入功率或传播距离来得到左旋圆偏振光，右旋圆偏振光或混合圆偏振光。
附图说明
图1基于径向偏振变化的矢量光束在液晶介质中传播特性的圆偏振光生成装置示意图；
图2不同输入功率下沿着传播距离的圆偏振状态分布图；
图3不同距离时，相应输入功率下横向的圆偏振状态分布图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于径向偏振变化的矢量光束在液晶介质中传播特性的圆偏振光生成装置示意图，包括：径向偏振变化的矢量光束生成器A，液晶介质B，以及小孔径光阑检测系统C，矢量光束生成器A生成的矢量光束经液晶介质B传播，最后经小孔径光阑C过滤掉非圆偏振状态的光速，从而得到圆偏振光。该圆偏振光可以通过检测系统D进行检测。
其中，矢量光束生成器A生成的径向偏振变化的矢量光束表示为：
Figure GDA0002954511700000031
其中A0是振幅，r＝(x2+y2)1/2，表示距离光束中心轴的距离，l是径向拓扑荷数，w0是基模高斯光束的腰斑半径，r0为光束传播初始半径，ex和ey分别是x方向和y方向上的单位向量。
所述液晶介质为强非局域非线性介质，当光束宽度比材料响应函数的特征长度小得多的时候，此介质就具有了强非局域非线性。所述孔径光阑为限制入射光束大小的孔，对光束的亮度有决定性的作用，能够过滤光束散射的一些杂质。
本发明中，改变输入功率或传播距离实现左旋圆偏振光，右旋圆偏振光，或混合圆偏振光的转换。具体如下：
(a)当输入功率Pin一定时：
光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000032
时，表现为右旋圆偏振光；
光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000033
时，表现为左右旋混合圆偏振光；
光束在液晶介质中传播距离为
Figure GDA0002954511700000034
时表现为左旋圆偏振光。
其中，Z表示传播距离，Pin表示光束的输入功率，γ是与所述液晶介质响应函数相关的材料常数,n取0,1,2,3等。
(b)当液晶介质中的传播距离Z一定时，改变输入功率，光束在同一传播位置，能获得不同的圆偏振光输出。所述输入功率的改变，通过衰减片实现。例如：(1)在某一特定合适的位置，设置此时此处圆偏振光为右旋圆偏振光，则放置衰减片调节输入功率为初始径向偏振变化的矢量光束输入功率的1/4、1/9后，可在不改变液晶介质厚度的情况下，在同一位置分别得到左右旋混合圆偏振光、右旋圆偏振光，(2)在某一特定合适的位置，设置此时此处圆偏振光为左旋圆偏振光，则放置衰减片调节输入功率为初始径向偏振变化的矢量光束输入功率的9/25、1/4后，可在不改变液晶介质厚度的情况下，在同一位置分别得到右旋混合圆偏振光、左右旋圆偏振光，(3)在某一特定合适的位置，设置此时此处圆偏振光为左右旋圆偏振光，则放置衰减片调节输入功率为初始径向偏振变化的矢量光束输入功率的36/49、4/9后，可在不改变液晶介质厚度的情况下，在同一位置分别得到左旋混合圆偏振光、右旋圆偏振光。
图2表明了当输入功率不同时沿着传播距离Z，局部偏振状态呈现以
Figure GDA0002954511700000041
为周期的变化，圆偏振光表现为由左旋圆偏振光，混合方向圆偏振光，和右旋圆偏振光依次周期性转变的状态。其中：正值代表此时圆偏振态为右旋圆偏振态，负值表示此时圆偏振状态为左旋圆偏振态。
图3表明了当输入功率P0一定时，在一些特定的位置:(a)π/4(b)3π/4；(c)3π/2，如图所示选取不同传播位置的横截面观察其偏振态分布，可以得出当输入功率不同时，可在某一个特定的位置得到右旋圆偏振光(正值)，混合方向圆偏振光(既有正值又有负值)，或左旋圆偏振光(负值)。

Claims (2)

1.一种基于径向偏振变化的矢量光束在液晶中传播特性的圆偏振光生成装置，其特征在于，依次包括径向偏振变化的矢量光束生成器、液晶介质和小孔径光阑；矢量光束生成器生成的径向偏振变化的矢量光束表示为：
Figure FDA0002983876620000011
其中A0是振幅，r表示距离光束中心轴的距离，l是径向拓扑荷数，w0是基模高斯光束的腰斑半径，r0为光束传播初始半径，ex和ey分别是x方向和y方向上的单位向量；
所述液晶介质为强非局域非线性介质；
矢量光束生成器生成的矢量光束经液晶介质传播，最后经小孔径光阑过滤掉非圆偏振状态的光速，从而得到圆偏振光；其中，
(a)当输入功率Pin一定时：光束在液晶介质中传播距离为
Figure FDA0002983876620000012
Figure FDA0002983876620000013
时，表现为右旋圆偏振光；光束在液晶介质中传播距离为
Figure FDA0002983876620000014
时，表现为左右旋混合圆偏振光；光束在液晶介质中传播距离为
Figure FDA0002983876620000015
时表现为左旋圆偏振光；
其中，Z表示传播距离，Pin表示光束的输入功率，γ是与所述液晶介质响应函数相关的材料常数,n取0,1,2,3等；
(b)当液晶介质中的传播距离Z一定时，改变输入功率，光束在同一传播位置，能获得不同的圆偏振光输出。
2.根据权利要求1所述的圆偏振光生成装置，其特征在于：所述输入功率的改变，通过衰减片实现。
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