角向偏振光束的产生及该光束抗湍流处理的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种角向偏振光束的产生及该光束抗湍流处理的方法及装置。该装置包括透射式空间光调制器、偏振分束镜、内直角反射镜组合、四分之一波片和半波片，此方法原理简单、能够稳定高效地产生角向偏振光束。将产生的光束入射至二氧化钛散射体中，并通过透镜准直，可以产生具有蕴含角向偏振信息的特殊二阶关联部分相干光，在传输过程中偏振信息被很好的隐藏在二阶关联统计函数中，实现了抗湍流的效果并在远场得到具有极高偏振纯度的角向偏振态。本发明专利技术中的实验设备和器件都比较常见，原理简单，效果明显，对于复杂环境下矢量光束的传输研究，如激光通信等具有重大意义。如激光通信等具有重大意义。如激光通信等具有重大意义。

Method and device for generation of angular polarized beam and anti turbulence treatment of the beam

【技术实现步骤摘要】
角向偏振光束的产生及该光束抗湍流处理的方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学领域，具体涉及一种角向偏振光束的产生及该光束抗湍流处理的方法及装置。

技术介绍

[0002]偏振是光场最重要的特性之一，它反映了光的振动和传输之间的不对称性。在光学发展的早期，人们对偏振的了解还停留在均匀偏振上，这种均匀偏振光束横截面上不同位置处的偏振都是相同的，例如线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光等。均匀偏振光束的产生相对容易，仅需偏振片和各种偏振器件的堆叠即可实现，而对均匀偏振态的充分研究也在消除镜面反射、降低杂光串扰、3D电影等方面发挥重要作用。
[0003]随着偏振光学逐渐发展，具有非均匀偏振分布的矢量偏振光的概念被提出，与均匀偏振光不同，矢量偏振光的偏振态在空间不同位置是不同的，产生难度更大，但也具有更高的研究价值和意义。最早被广泛研究的矢量偏振光是径向偏振光和角向偏振光，他们的偏振态是满足圆对称分布的线型偏振态。其中，角向偏振光作为最经典的矢量偏振光束在众多领域具有广泛的应用：例如凭借其特殊的紧聚焦特性，角向偏振光可应用于光场整形、微粒捕获等方面；角向偏振光能更好地激发金属纳米结构，显著提高表面增强拉曼光谱检测的性能；由角向偏振光束激发的圆形纳米粒子簇被用作磁性纳米探针，可以提高磁性区域的空间分辨率。
[0004]现有的合成角向偏振光束的方法主要有x
‑
y叠加法和同轴叠加法两种。x
‑
y叠加法合成角向偏振光束，具体操作为：先用线偏振片把激光调整为45
°
方向的线偏振光之后，使用偏振分束镜将光束的x方向分量和y方向分量分离开，利用空间光调制器分别调控x和y分量，再使用一个偏振分束镜将调制后的x方向分量和y方向分量合成，产生角向偏振光束。该方法中使用了两个空间光调制器，由于空间光调制器费用昂贵，且必须搭配电脑实现程序加载及操作，所以本方案的成本过高，不利于推广。同轴叠加法合成角向偏振光束，首先使用空间光调制器加载一阶涡旋相位，产生的+1级和
‑
1级衍射光束分别调制成右旋和左旋圆偏振光，利用朗奇光栅可以将两束衍射光束进行同轴叠加，最后利用快轴方向之间差的两个半波片对光束偏振态调整，得到角向偏振光。该方法在实际操作过程中需要用到很多的波片和朗奇光栅等光学器件，成本较高，并且各波片的角度很难准确调节，产生光束的周期需要与朗奇光栅的额定周期严格匹配，需要花费大量时间和精力。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种角向偏振光束的产生及该光束抗湍流处理的方法及装置。
[0006]所述角向偏振光束产生装置包括：线偏振光产生模块，产生一偏振方向为的线偏振光；分束模块，将所述线偏振光分成x偏振光和y偏振光，并保持两束光平行同向传输，
且在同一位置处的光程相等；信息加载模块，在所述x偏振光和所述y偏振光上同时加载涡旋相位；合束模块，将加载了涡旋相位后的x偏振光与加载了涡旋相位后的y偏振光合束，得到矢量涡旋光；调制模块，利用波片对所述矢量涡旋光进行调制，得到角向偏振光束。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述线偏振光产生模块包括：激光器，出射振动方向为y方向的完全相干第一偏振光；线偏振片，所述第一偏振光的偏振方向经过该线偏振片校准，得到第二偏振光；半波片，该半波片将所述第二偏振光的偏振方向调整为，得到偏振方向为的第三偏振光；第一反射镜，该第一反射镜通过反射改变所述第三偏振光的传播方向，得到传输方向与所述第三偏振光传输方向垂直的第四偏振光。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述分束模块包括：偏振分束镜，所述第四偏振光经过该偏振分束镜后分为所述x偏振光和所述y偏振光，所述x偏振光在所述偏振分束镜上发生透射，所述y偏振光在所述偏振分束镜上发生反射；第一内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，使得所述x偏振光沿与透射方向平行反向的路线反射至所述偏振分束镜，并从所述偏振分束镜透射；第二内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，使得所述y偏振光沿与反射方向平行反向的路线反射至所述偏振分束镜，并从所述偏振分束镜反射。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述信息加载模块包括：透射式空间光调制器，所述x偏振光与所述y偏振光平行传输至该透射式空间光调制器，分别通过该透射式空间光调制器的左右两部分，由该透射式空间光调制器的左右两部分分别在所述x偏振光与所述y偏振光中加载涡旋相位；计算机，该计算机连接在所述透射式空间光调制器上，用于在所述透射式空间光调制器的屏幕上加载涡旋相位全息图。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述合束模块包括：偏振合束镜，加载涡旋相位的x偏振光在该偏振合束镜上透射，加载涡旋相位的y偏振光在该偏振合束镜上反射，并将加载涡旋相位后的x偏振光与加载涡旋相位后的y偏振光通过该偏振合束镜合成为第一矢量涡旋光；第三内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，由所述偏振合束镜透射的加载了涡旋相位的x偏振光经过该第三内直角反射镜组合沿与透射方向平行反向的路线反射至所述偏振合束镜；第四内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，由所述偏振合束镜反射的加载了涡旋相位的y偏振光经过该第四内直角反射镜组合沿与反射方向平行反向的路线反射至所述偏振合束镜；第二反射镜，该第二反射镜通过反射改变所述第一矢量涡旋光的传播方向，得到传输方向与第一矢量涡旋光传输方向呈直角的第二矢量涡旋光。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述调制模块包括：四分之一波片，旋转该四分之一波片使得所述第二矢量涡旋光中的x偏振方向光分量和y偏振方向光分量分别调制为携带涡旋相位的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，所述第二矢量涡旋光转化为径向偏振光；半波片组合，由两个半波片组合而成，调整两个半波片快轴之间的夹角，所述径向偏振光转化为角向偏振光。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述第一内直角反射镜到所述偏振分束镜的距离和所述第二内直角反射镜到所述偏振分束镜的距离相等，且所述第一内直角反射镜中心与所述偏振分束镜中心的偏移量和所述第二内直角反射镜中心与所述偏振分束镜中心的偏移量相等。所述第三内直角反射镜到所述偏振合束镜的距离与所述第四内直角反射镜到所述偏振合束镜的距离相等，且所述第三内直角反射镜中心与所述偏振合束镜中心的偏移量和所述第四内直角反射镜中心与所述偏振合束镜中心的偏移量相等。
[0013]所述角向偏振光束产生方法，利用所述角向偏振光束产生装置产生，包括以下几个步骤：S11:对所述激光器出射的光进行校准，使其在竖直方向振动，得到y方向偏振高斯光束，将光束的偏振方向调整为，以便于下一步将光束分成强度相等的x偏振方向分量和y偏振方向分量；S12：将方向的线偏振光束进行反射，然后被分为x方向偏振光和y方向偏振光，并让其平行同轴传输；S13：分别在x方向偏振光和y方向偏振光上同时加载拓扑荷数为1和
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1的涡旋相位和；S14：将调制过的x偏振方向光分量和y偏振方向光分量合束，得到一矢量涡旋光束；S15：将矢量涡旋光束中的x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种角向偏振光束产生装置，其特征在于：包括：线偏振光产生模块，产生一偏振方向为的线偏振光；分束模块，将所述线偏振光分成x偏振光和y偏振光，并保持两束光平行同向传输，且在同一位置处的光程相等；信息加载模块，在所述x偏振光和所述y偏振光上同时加载涡旋相位；合束模块，将加载了涡旋相位后的x偏振光与加载了涡旋相位后的y偏振光合束，得到矢量涡旋光；调制模块，利用波片对所述矢量涡旋光进行调制，得到角向偏振光束。2.如权利要求1所述的角向偏振光束产生装置，其特征在于：所述线偏振光产生模块包括：激光器，出射振动方向为y方向的完全相干第一偏振光；线偏振片，所述第一偏振光的偏振方向经过该线偏振片校准，得到第二偏振光；半波片，该半波片将所述第二偏振光的偏振方向调整为，得到偏振方向为的第三偏振光；第一反射镜，该第一反射镜通过反射改变所述第三偏振光的传播方向，得到传输方向与所述第三偏振光传输方向垂直的第四偏振光。3.如权利要求2所述的角向偏振光束产生装置，其特征在于：所述分束模块包括：偏振分束镜，所述第四偏振光经过该偏振分束镜后分为所述x偏振光和所述y偏振光，所述x偏振光在所述偏振分束镜上发生透射，所述y偏振光在所述偏振分束镜上发生反射；第一内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，使得所述x偏振光沿与透射方向平行反向的路线反射至所述偏振分束镜，并从所述偏振分束镜透射；第二内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，使得所述y偏振光沿与反射方向平行反向的路线反射至所述偏振分束镜，并从所述偏振分束镜反射。4.如权利要求3所述的角向偏振光束产生装置，其特征在于：所述信息加载模块包括：透射式空间光调制器，所述x偏振光与所述y偏振光平行传输至该透射式空间光调制器，分别通过该透射式空间光调制器的左右两部分，由该透射式空间光调制器的左右两部分分别在所述x偏振光与所述y偏振光中加载涡旋相位；计算机，该计算机连接在所述透射式空间光调制器上，用于在所述透射式空间光调制器的屏幕上加载涡旋相位全息图。5.如权利要求4所述的角向偏振光束产生装置，其特征在于：所述合束模块包括：偏振合束镜，加载涡旋相位的x偏振光在该偏振合束镜上透射，加载涡旋相位的y偏振光在该偏振合束镜上反射，并将加载涡旋相位后的x偏振光与加载涡旋相位后的y偏振光通过该偏振合束镜合成为第一矢量涡旋光；第三内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，由所述偏振合束镜透射的加载了涡旋相位的x偏振光经过该第三内直角反射镜组合沿与透射方向平行反向的路线反射至所述偏振合束镜；第四内直角反射镜组合，由两个反射镜垂直相接而成，由所述偏振合束镜反射的加载了涡旋相位的y偏振光经过该第四内直角反射镜组合沿与反射方向平行反向的路线反射至
所述偏振合束镜；第二反射镜，该第二反射镜通过反射改变所述第一矢量涡旋光的传播方向，得到传输方向与第一矢量涡旋光传输方向呈直角的第二矢量涡旋光。6.如权利要求5所述的角向偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙曦，董震，陈亚红，王飞，蔡阳健，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：