一種基于泰曼格林干涉儀的偏振合成矢量光束的方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光電技術領域，尤其涉及一種基于泰曼格林干涉儀的偏振合成矢量光 束的方法與裝置。
【背景技術】
[0002] 矢量光束是近年來出現的一類新型光束，與常見的偏振態均勾分布的光束（線偏 振光、橢圓偏振光等）不同，它的光束橫截面上的偏振態是按照一定規律分布的，具有軸對 稱偏振態分布的矢量光束是麥克斯韋方程組在柱坐標系下的本征解。因此也可將其稱為偏 振渦旋光束和軸對稱偏振光束等。矢量光束在中心處的偏振態是無法確定的，即具有偏振 奇點，這使得它的光強分布具有中空結構。近年來矢量光束引起人們的廣泛關注，主要是因 為其獨特的偏振態分布以及中空強度分布。這種光束結構使其在高數值孔徑透鏡的聚焦 下，聚焦光斑可以突破衍射極限，并且在焦點附近具有很強的縱向電場分量，因此其在高分 辨率成像技術中有著廣泛的應用。同時，光鑷技術中使用空心結構的矢量光束會提高粒子 捕獲能力。矢量光束在表面等離子體波的激發與聚焦、光通信技術中具有十分廣泛的應用 價值。特別是光通信領域，矢量光束可攜帶偏振信息量，且因其具有平面波前結構，故相比 于螺旋光束，矢量光束在大氣湍流的傳輸過程中能更好的保持原有光束的特性并傳輸更遠 的距離。
[0003] 目前，主要有兩種生成矢量光束的方法，即腔內法和腔外轉化法。典型的腔內法就 是在激光諧振腔中加入某些光學元件，如軸向二向色性和軸向雙折射器件等，一次來實現 激光腔內的模式選擇，最終以矢量光束模式振蕩輸出。但此種方法設備復雜，不易操作。典 型的腔外轉化法就是通過螺旋光束合束來生成矢量光束。該合束過程可以表示為：
[0004]
【主權項】
1. 一種基于泰曼格林干涉儀的偏振合成矢量光束的裝置，其特征在于，包括偏振片 (1)，分光鏡（2)，偏振分光棱鏡（3)，直角棱鏡（4)，全反鏡（5)，1/4波片（6)，其中： 所述偏振片（1)偏振方向與水平面成45°置于入射光路中，將入射螺旋光束轉化為與 水平面呈45°線偏螺旋光束； 所述分光鏡（2)置于偏振片（1)的后方光路中，且分光鏡平面與入射光軸成45°放置， 用以將入射線偏螺旋光束的傳播方向改變90 ° ; 所述偏振分光棱鏡（3)置于分光鏡（2)的反射光路中，用以將入射螺旋光束分解為偏 振方向相互正交的兩束線偏螺旋光束； 所述直角棱鏡（4)置于偏振分光棱鏡（3)的透射光路中，p偏振螺旋光束直接照射在 其屋脊面上，并沿原光路返回，這可以保持入射螺旋光束的角量子數不變； 所述全反鏡（5)置于偏振分光棱鏡（3)的反射光路中，s偏振螺旋光束垂直照射在全 反鏡上，并沿原光路返回，這可以使入射螺旋光束的角量子數變為原來的相反數； 所述偏振分光棱鏡（3)將直角棱鏡（4)與全反鏡（5)反射的兩束正交線偏螺旋光束合 束； 所述1/4波片（6)在分光鏡（2)、偏振分光棱鏡（3)以及直角棱鏡（4)的同軸光路中， 且與偏振分光棱鏡（3)分別置于分光鏡（2)的兩邊； 所述1/4波片（6)的快軸方向與水平面成45°放置，用以將兩束正交線偏螺旋光束合 束轉化兩束旋向相反的圓偏振螺旋光束合束，生成矢量光束。
2. -種基于泰曼格林干涉儀的偏振合成矢量光束的方法，其特征在于： ① 利用泰曼格林干涉裝置將入射的螺旋光束轉化為矢量光束：入射螺旋光束經偏振片 (1)后，轉化為偏振方向與水平面成45°的線偏振光，使其經分光鏡（2)反射后再經偏振分 光棱鏡（3)分解為等光強的偏振方向相互正交的兩束線偏振螺旋光，兩束光在各自的光路 反射后又經偏振分光棱鏡（3)合束； 其中s光經全反鏡（5)反射，共被偏振分光棱鏡（3)和全反鏡（5)反射3次，角量子數 變為原來的相反數，P光經直角棱鏡（4)的屋脊面反射，角量子數不變； 合束后的光為偏振方向相互正交的線偏振螺旋光束的合束，合束光束經分光鏡（2)透 射后，通過一快軸方向與水平面成45°夾角放置的1/4波片（6)，使其轉換為兩束偏振旋向 相反的圓偏振螺旋光束的合束，合束的兩束螺旋光束的角量子數互為相反數，因此該合束 即為生成的矢量光束。 ② 通過改變入射的螺旋光束，可生成不同階次的矢量光束，生成的矢量光束的階次為 入射螺旋光束的角量子數的絕對值，生成的矢量光束的歸一化光強分布與入射的螺旋光束 相同。
【專利摘要】本發明公開了一種基于泰曼格林干涉儀的偏振合成矢量光束的方法與裝置，只需將螺旋光束沿光軸方向入射，則該光學系統的出射光即為矢量光束。不同的螺旋光束入射，可生成不同的矢量光束。矢量光束的階次為入射螺旋光束角量子數的絕對值，矢量光束的歸一化光強分布與入射螺旋光束相同。改變入射的螺旋光束時，無需調節該裝置的其他部位，即可生成矢量光束。該方法不用重復調整，操作較為簡單，相比于現有技術有較大的進步。
【IPC分類】G02B27-28
【公開號】CN104656266
【申請號】CN201510069408
【發明人】高春清, 付時堯, 戴坤建
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月10日