CN114035338B - 一种产生混合阶庞加莱光束的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生混合阶庞加莱光束的装置，包括激光器、四分之一波片一、q片一、偏振分光镜、半波片、四分之一波片二、q片二和CCD相机；本发明中使用常用的偏振器件，使用的器件较为容易购买，更加易于实施；其中偏振分光镜的透射分量和反射分量均可利用来产生混合阶庞加莱光束，且装置可调整性强；该方法装置结构简单，无需使用空间光调制器或光栅，通过两个q片产生了混合阶庞加莱光束；具有很强的灵活性和可操作性，可以转动半波片和四分之一波片，很方便地调节输出的混合阶庞加莱光束的偏振状态。

Description

一种产生混合阶庞加莱光束的装置
技术领域
本发明涉及激光偏振调制技术领域，具体是一种产生混合阶庞加莱光束的装置。
背景技术
近年来，具有特殊偏振特性和涡旋特性的矢量光束受到了越来越广泛的关注。矢量光束能同时携带光的偏振信息和螺旋相位信息，这是源于矢量光场是光子自旋角动量和轨道角动量耦合的结果。矢量光场可以通过锥形布儒斯特棱镜、干涉仪、亚波长光栅、q片等多种方法产生，且被应用于光学操控、光通信、高分辨率成像等多个领域。
光场的偏振状态通常可以表示在相应的庞加莱球上。混合阶庞加莱光束是混合阶庞加莱球上对应的一类矢量光束，它的左旋和右旋分量上具有不同的螺旋相位。利用干涉法和光栅法均可产生混合阶庞加莱光束，但干涉法往往光路结构复杂，一般还要使用螺旋相位片或空间光调制器附加调制相位；而光栅法一般有多级次的衍射，因而有较大的透射损耗。本发明在两个不同q片的基础上，建立了简易的光路结构，将一束线偏振的高斯光束最终转化为混合阶庞加莱光束，具有结构简单、易于实施、激光损耗小等优点，具有较大的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生混合阶庞加莱光束的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种产生混合阶庞加莱光束的装置，包括激光器、四分之一波片一、q片一、偏振分光镜、半波片、四分之一波片二、q片二和CCD相机，其特征在于，具体方法步骤为：
激光器发出水平线偏振的高斯光束；
光束通过四分之一波片一，产生右旋偏振的高斯光束；
光束通过q片一，q片一具有值为q1的光轴空间变化周期，将右旋偏振的高斯光束转化为左旋偏振的涡旋光束，涡旋光束具有2q1的拓扑荷；
光束通过偏振分光镜4，产生水平线偏振的涡旋光束；
光束通过半波片5，半波片5快轴方向为θ，产生2θ偏振方向涡旋光束；
光束通过四分之一波片二6，产生任意椭圆偏振的涡旋光束，当四分之一波片二6和半波片5的快轴方向均为水平方向时，则涡旋光束偏振方向仍为水平方向；
光束经过q片二，q片一具有值为q2的光轴空间变化周期，涡旋光束转变为混合阶庞加莱光束，该光束右旋分量带有-2(q1-q2)的拓扑荷，右旋分量带有-2(q1+q2)的拓扑荷，光场分布为：其中，ER和EL分别是混合阶庞加莱光束右旋分量和左旋分量的振幅，φ是光斑上的空间方位角；
混合阶庞加莱光束入射到CCD相机8中，CCD相机8检测光束的强度分布，也可在CCD相机8前加入检偏装置测量光束的偏振分布，检偏装置通常由四分之一波片、半波片和偏振分光镜组成。
作为本发明进一步的方案：所述激光器1、四分之一波片一2、q片一3、偏振分光镜4、半波片5、四分之一波片二6、q片二7和CCD相机8之间安装在同一水平面上。
作为本发明再进一步的方案：所述四分之一波片一2的快轴方向为45度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中使用常用的偏振器件，使用的器件较为容易购买，更加易于实施。
2、本发明中偏振分光镜的透射分量和反射分量均可利用来产生混合阶庞加莱光束，装置可调整性强。
3、本发明中该方法装置结构简单，无需使用空间光调制器或光栅，通过两个q片产生了混合阶庞加莱光束。
4、本发明中具有很强的灵活性和可操作性，可以转动半波片和四分之一波片，很方便地调节输出的混合阶庞加莱光束的偏振状态。
附图说明
图1为一种产生混合阶庞加莱光束的装置的结构示意图。
图2为一种产生混合阶庞加莱光束的装置中q1＝1/2，q2＝1时混合阶庞加莱光束的强度分布和偏振分布示意图。
图3为一种产生混合阶庞加莱光束的装置中q1＝1，q2＝1/2时混合阶庞加莱光束的强度分布和偏振分布示意图。
图中：1、激光器；2、四分之一波片一；3、q片一；4、偏振分光镜；5、半波片；6、四分之一波片二；7、q片二；8、CCD相机。
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。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种产生混合阶庞加莱光束的装置，包括激光器1、四分之一波片一2、q片一3、偏振分光镜4、半波片5、四分之一波片二6、q片二7和CCD相机8，其特征在于，具体方法步骤为：
S1：激光器1发出水平线偏振的高斯光束；
S2：光束通过四分之一波片一2，产生右旋偏振的高斯光束；
S3：光束通过q片一3，q片一3具有值为q1的光轴空间变化周期，将右旋偏振的高斯光束转化为左旋偏振的涡旋光束，涡旋光束具有2q1的拓扑荷；
S4：光束通过偏振分光镜4，产生水平线偏振的涡旋光束；
S5：光束通过半波片5，半波片5快轴方向为θ，产生2θ偏振方向涡旋光束；
S6：光束通过四分之一波片二6，产生任意椭圆偏振的涡旋光束，当四分之一波片二6和半波片5的快轴方向均为水平方向时，则涡旋光束偏振方向仍为水平方向；
S7：光束经过q片二7，q片一3具有值为q2的光轴空间变化周期，涡旋光束转变为混合阶庞加莱光束，该光束右旋分量带有-2(q1-q2)的拓扑荷，右旋分量带有-2(q1+q2)的拓扑荷，光场分布为：其中，ER和EL分别是混合阶庞加莱光束右旋分量和左旋分量的振幅，φ是光斑上的空间方位角；
S8：混合阶庞加莱光束入射到CCD相机8中，CCD相机8检测光束的强度分布，也可在CCD相机8前加入检偏装置测量光束的偏振分布，检偏装置通常由四分之一波片、半波片和偏振分光镜组成。
实施例一
所述激光器1、四分之一波片一2、q片一3、偏振分光镜4、半波片5、四分之一波片二6、q片二7和CCD相机8之间安装在同一水平面上。
实施例二
所述四分之一波片一2的快轴方向为45度。
本发明的工作原理是：使用时首先激光器1发出水平线偏振的高斯光束；光束通过四分之一波片一2，产生右旋偏振的高斯光束；光束通过q片一3，q片一3具有值为q1的光轴空间变化周期，将右旋偏振的高斯光束转化为左旋偏振的涡旋光束，涡旋光束具有2q1的拓扑荷；光束通过偏振分光镜4，产生水平线偏振的涡旋光束；光束通过半波片5，半波片5快轴方向为θ，产生2θ偏振方向涡旋光束；光束通过四分之一波片二6，产生任意椭圆偏振的涡旋光束，当四分之一波片二6和半波片5的快轴方向均为水平方向时，则涡旋光束偏振方向仍为水平方向；光束经过q片二7，q片一3具有值为q2的光轴空间变化周期，涡旋光束转变为混合阶庞加莱光束，该光束右旋分量带有的拓扑荷，右旋分量带有的拓扑荷，光场分布为：，其中，和分别是混合阶庞加莱光束右旋分量和左旋分量的振幅，φ是光斑上的空间方位角；混合阶庞加莱光束入射到CCD相机8中，CCD相机8检测光束的强度分布，也可在CCD相机8前加入检偏装置测量光束的偏振分布，检偏装置通常由四分之一波片、半波片和偏振分光镜组成；
该方法利用两个不同的q片和一些常用偏振器件相组合，将一束线偏振的高斯光束最终转化为混合阶庞加莱光束。该方法先利用四分之一波片一和q片一，将线偏振的激光束转化为圆偏振的涡旋光束，再通过偏振分光镜和q片二，产生具有特定偏振分布的混合阶庞加莱光束。装置中在q片二之前加入了可以调节转动方向的半波片和四分之一波片二，能够对进入q片二的涡旋光束进行偏振态调节，从而控制最终输出光束的偏振分布，产生能在混合阶庞加莱球上表示的任意矢量涡旋光束。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种产生混合阶庞加莱光束的装置，包括激光器(1)、四分之一波片一(2)、q片一(3)、偏振分光镜(4)、半波片(5)、四分之一波片二(6)、q片二(7)和CCD相机(8)，其特征在于，具体方法步骤为：
S1：激光器(1)发出水平线偏振的高斯光束；
S2：光束通过四分之一波片一(2)，产生右旋偏振的高斯光束；
S3：光束通过q片一(3)，q片一(3)具有值为q1的光轴空间变化周期，
将右旋偏振的高斯光束转化为左旋偏振的涡旋光束，涡旋光束具有2q1的拓扑荷；
S4：光束通过偏振分光镜(4)，产生水平线偏振的涡旋光束；
S5：光束通过半波片(5)，半波片(5)快轴方向为θ，产生2θ偏振方向涡旋光束；
S6：光束通过四分之一波片二(6)，产生任意椭圆偏振的涡旋光束，当四分之一波片二(6)和半波片(5)的快轴方向均为水平方向时，则涡旋光束偏振方向仍为水平方向；
S7：光束经过q片二(7)，q片一(3)具有值为q2的光轴空间变化周期，
涡旋光束转变为混合阶庞加莱光束，该光束右旋分量带有-2(q1-q2)的拓扑荷，
右旋分量带有-2(q1+q2)的拓扑荷，光场分布为：
其中，ER和EL分别是混合阶庞加莱光束右旋分量和左旋分量的振幅，φ是光斑上的空间方位角；
S8：混合阶庞加莱光束入射到CCD相机(8)中，CCD相机(8)检测光束的强度分布，也可在CCD相机(8)前加入检偏装置测量光束的偏振分布，检偏装置通常由四分之一波片、半波片和偏振分光镜组成。
2.根据权利要求1所述的一种产生混合阶庞加莱光束的装置，其特征在于，所述激光器(1)、四分之一波片一(2)、q片一(3)、偏振分光镜(4)、半波片(5)、四分之一波片二(6)、q片二(7)和CCD相机(8)之间安装在同一水平面上。
3.根据权利要求1所述的一种产生混合阶庞加莱光束的装置，其特征在于，所述四分之一波片一(2)的快轴方向为45度。
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