一种单偏振相位调制光学器件制造技术

本发明专利技术公开了一种单偏振相位调制光学器件，包括相互连接形成一个整体的偏振耦合相位调制元件(1)和非偏振相位调制元件(2)，并分别记为偏振部分和非偏振部分，其可对其中一个正交偏振基底的相位进行增益调制，并抵消对另一正交偏振基底的相位调制。本发明专利技术利用偏振耦合相位与偏振无关的相位组合，增益正交偏振基底之一的相位调制，抵消另一正交偏振基底的相位调制，实现了对单一偏振成分进行相位调制的功能，因为不同构件之间采用固定式结构，所以可以稳定实现此功能。

A Single Polarization Phase Modulation Optical Device

【技术实现步骤摘要】
一种单偏振相位调制光学器件
本专利技术属于光学
，具体涉及一种单偏振相位调制光学器件。
技术介绍
光波的振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，光的偏振是光的波动性的体现。光的偏振空间作为内部空间，由两个正交基底构成。传统的光学器件中，非偏振器件不会对偏振有调制作用，而偏振器件，如半波片、四分之一波片、偏振透镜等偏振器件则会同时对两个正交基底进行调制。特别的，如光以布儒斯特角入射，可使反射光为单一偏振光而不影响另一偏振。另一个例子是原子系综的能级，需要对磁场、温度等环境因素严格控制从而实现对单一偏振的耦合和调制。目前常用的一种较为普遍的进行单一偏振调制的方法是用偏振分束器对光束按偏振进行分束，使偏振和路径耦合，单一路径中只有一种偏振，从而可在路径之一加入光学器件，而不必担心对另一偏振成分造成影响。但在实际的运用中，往往需要再将两个偏振成分进行合束，整个过程构成了一个完整的路径干涉仪，如马赫-曾德尔干涉仪、萨格纳克干涉仪等。在量子光学领域，自02年JonathanLeach等人发表文章“MeasuringtheOrbitalAngularMomentumofaSinglePhoton”以来，马赫-曾德尔干涉仪开始被广泛用于光学轨道角动量的分束。但是因其稳定性问题，对实验环境的要求极为苛刻。萨格纳克干涉仪是马赫-曾德尔干涉仪的改进版，其在光路中存在共用器件而提高了稳定性，但是在一些复杂实验和应用中会使光路变得极为复杂。其它路径干涉仪如迈克尔逊干涉仪、双折射晶体干涉仪等，同样也存在稳定性和复杂度上的弊端。随着实验技术的发展，一种不依赖路径分束的偏振干涉系统逐渐投入使用，其中原理便是用光的两个正交的偏振基底代替干涉仪中两个传播路径，在出口用偏振投影代替路径合束，实现光的干涉。在这种光学系统中，往往需要对两个偏振基底之一进行单独操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种单偏振相位调制光学器件，其可满足对单一偏振成分进行相位调制而不影响另一成分的功能需求，不需要分束合束即可实现单偏振操作。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种单偏振相位调制光学器件，包括相互连接形成一个整体的偏振耦合相位调制元件和非偏振相位调制元件，并分别记为偏振部分和非偏振部分，其可对其中一个正交偏振基底的相位进行增益调制，并抵消对另一正交偏振基底的相位调制。本专利技术进一步的改进在于，偏振部分用于对两个正交基底分别引入共轭的相位调制，采用液晶聚合物或纳米面板制成。本专利技术进一步的改进在于，非偏振部分为透镜、柱状透镜、螺旋相位板、加速螺旋相位板、径向相位光栅、角向相位光栅或任意定制相位型图案。本专利技术进一步的改进在于，当入射光是以左旋圆偏振和右旋圆偏振为正交偏振基底时，经过该单偏振相位调制光学器件，非偏振部分时得到φ1L和φ1R的相位调制，其中φ1L＝φ1R；经过偏振部分时，对于左旋圆偏振和右旋圆偏振会分别得到φ2L和φ2R的相位调制，其中φ2L＝-φ2R，并且φ2L＝φ1L；所以对于左旋圆偏振和右旋圆偏振得到的总相位调制φL，φR有：φL＝φ1L+φ2L＝2φ1L，φR＝φ1R+φ2R＝0，即对于左旋圆偏振部分得到了2φL1的相位调制，而对于右旋圆偏振部分没有相位调制，从而实现了对单偏振基底进行相位操作的功能。本专利技术具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的一种单偏振相位调制光学器件，由相互连接形成一个整体的偏振耦合相位调制元件和非偏振相位调制元件组成，分别记为偏振部分和非偏振部分。其中，本专利技术实现了稳定的单偏振相位调制功能：本专利技术利用偏振耦合相位与偏振无关的相位组合，增益正交偏振基底之一的相位调制，抵消另一正交偏振基底的相位调制，实现了对单一偏振成分进行相位调制的功能，因为不同构件之间采用固定式结构，所以可以稳定实现此功能，这里涉及的正交偏振基底可以是线偏振的水平偏振和竖直偏振，或者圆偏振的左旋圆偏振和右旋圆偏振，也可以是一般的相互正交的两个椭圆偏振。本专利技术系统稳定性强：所使用的偏振部分相位调制片的物理结构固定，且不依赖路径分束就能实现干涉效果，大大提高了系统的稳定性。此外，本专利技术具有更灵活的偏振操作：所设计的器件只对单偏振进行相位调制，即在应用场景中只需考虑对一种偏振的影响，对比传统的偏振器件，有着灵活操作某一偏振而不必担心影响另一偏振的优势。进一步，偏振部分能够对两个正交基底分别引入共轭的相位调制，采用液晶聚合物、纳米面板材料；而非偏振部分能够引入与偏振无关的相位调制，采用玻璃、光滑金属面偏振无关材料。进一步，偏振部分和非偏振部分整体可组成一系列的单偏振相位调制器件，实现的单偏振相位调制功能如透镜、柱状透镜、螺旋相位板、加速螺旋相位板、径向相位光栅、角向相位光栅，甚至可拓展至任意相位图案所引入的相位调制。进一步，以左旋圆偏振(LCP)和右旋圆偏振(RCP)为正交偏振基底的入射光为例，经过单偏振相位调制光学元件的非偏振部分时得到φ1L和φ1R的相位调制，它们是与偏振无关的相位，其中φ1L＝φ1R；经过偏振部分时，对于左旋圆偏振和右旋圆偏振会分别得到φ2L和φ2R的相位调制，它们是与偏振相关的相位，其中φ2L＝-φ2R，并且φ2L＝φ1L。所以对于左旋圆偏振和右旋圆偏振得到的总相位调制φL，φR有：φL＝φ1L+φ2L＝2φ1L，φR＝φ1R+φ2R＝0，即对于左旋圆偏振部分得到了2φL1的相位调制，而对于右旋圆偏振部分没有相位调制，从而实现了对单偏振基底进行相位操作的功能。进一步，本专利技术的一种拓展形式是：令偏振部分和非偏振部分的相位调制量的绝对值不相等，即将原有的相位关系变为φ2L≠φ1L，使得右旋圆偏振成分的总相位调制φR≠0，从而实现一类对左旋圆偏振和右旋圆偏振进行可定制差异化相位调制的器件，如对左旋圆偏振和右旋圆偏振有任意不同焦距的透镜、对二者分别加载拓扑荷为任意不同值的螺旋相位的螺旋相位片等。附图说明图1是本专利技术中单偏振相位调制透镜的整体功能示意图；图2是本专利技术中单偏振相位调制透镜对正交偏振基底的偏振部分中的左旋圆偏振的相位调制功能示意图；图3是本专利技术中单偏振相位调制透镜对正交偏振基底的偏振部分中的右旋圆偏振的相位调制功能示意图；图4是本专利技术中单偏振相位调制透镜对正交偏振基底的左旋圆偏振基底的总相位调制功能示意图；图5是本专利技术中单偏振相位调制透镜对正交偏振基底的右旋圆偏振基底的总相位调制功能示意图；图6是本专利技术中单偏振相位调制透镜对正交偏振基底的非偏振部分的相位调制功能示意图；图7是本专利技术中单偏振相位调制柱状透镜对正交偏振基底的非偏振部分的相位调制功能示意图；图8是本专利技术中单偏振相位调制柱状透镜对正交偏振基底的偏振部分中的左旋圆偏振的相位调制功能示意图；图9是本专利技术中单偏振相位调制柱状透镜对正交偏振基底的偏振部分中的右旋圆偏振的相位调制功能示意图；图10是本专利技术中单偏振相位调制柱状透镜对正交偏振基底的左旋圆偏振基底的总相位调制功能示意图；图11是本专利技术中单偏振相位调制柱状透镜对正交偏振基底的右旋圆偏振基底的总相位调制功能示意图；图12是本专利技术中单偏振相位调制螺旋相位板对正交偏振基底的非偏振部分的相位调制功能示意图；图13是本专利技术中单偏振相位调制螺旋相位板对正交偏振基底的偏振部分中的左旋圆偏振的相位调制功能示意图；图14是本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单偏振相位调制光学器件，其特征在于，包括相互连接形成一个整体的偏振耦合相位调制元件(1)和非偏振相位调制元件(2)，并分别记为偏振部分和非偏振部分，其可对其中一个正交偏振基底的相位进行增益调制，并抵消对另一正交偏振基底的相位调制。

【技术特征摘要】
1.一种单偏振相位调制光学器件，其特征在于，包括相互连接形成一个整体的偏振耦合相位调制元件(1)和非偏振相位调制元件(2)，并分别记为偏振部分和非偏振部分，其可对其中一个正交偏振基底的相位进行增益调制，并抵消对另一正交偏振基底的相位调制。2.根据权利要求1所述的一种单偏振相位调制光学器件，其特征在于，偏振部分用于对两个正交基底分别引入共轭的相位调制，采用液晶聚合物或纳米面板制成。3.根据权利要求1所述的一种单偏振相位调制光学器件，其特征在于，非偏振部分为透镜、柱状透镜、螺旋相位板、加速螺旋相位板、径向相位光栅、角向相位光栅或任意定制相位型图案。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛，贾俊亮，夏晋，胡马萍，刘青，刘瑞丰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61