一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器及方法技术

本发明专利技术公开一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器及方法，涡旋波片实现均匀偏振光到高阶庞加莱球光束的转换，通常一种阶数的涡旋波片只能产生一种阶数的庞加莱球光束。本发明专利技术通过在多个涡旋波片之间适当的位置插入1/2波片，实现涡旋波片阶数的任意相加减，在涡旋波片数量有限的情况下，实现了更高和更多种阶数的高阶庞加莱球光束产生，其中阶数种类实现了指数倍的增长。本发明专利技术包含激光器，用于产生初始光源；偏振调节模块，用于调节产生高阶庞加莱球上不同位置的偏振态；模式转换模块，用于产生阶数可切换的高阶庞加莱球光束。该模式转换器具有结构简单，稳定性好，模式和阶数可调等优点。阶数可调等优点。阶数可调等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器及方法


[0001]本专利技术涉及结构光场领域，具体涉及一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器及方法。

技术介绍

[0002]与传统庞加莱球所描述的均匀偏振光不同，高阶庞加莱球统一了矢量光束的几何表示，高阶庞加莱球光束横向光强为环形分布，横截面上的偏振方向随角度变化的倍数称为高阶庞加莱球的阶数。
[0003]高阶庞加莱球光束因为其独特的光强和偏振分布被广泛应用于各个领域，如粒子操控、材料加工、光通信、等离子体激发、超分辨成像等领域。
[0004]目前产生高阶庞加莱球光束的方法大多基于超表面、空间光调制器和涡旋波片等，而前两种方法成本高，且结构复杂，涡旋波片成了产生高阶庞加莱球光束最受欢迎的器件，但是涡旋波片的光轴在制作过程中已经固定，也就是说涡旋波片的阶数无法改变，通常一种阶数的涡旋波片只能产生一种阶数的高阶庞加莱球光束。

技术实现思路

[0005]本专利技术的技术解决问题：克服
技术介绍
中所描述的不足，提出一种可以产生高阶庞加莱球光束的级联模式转换器，具有结构简单、稳定性好，模式和阶数可调等特点。
[0006]本专利技术解决其技术问题的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术的提供一种产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器，包括，激光器、偏振调节模块、模式转换模块，其中：
[0008]所述激光器，用于产生初始光源；
[0009]所述偏振调节模块，由线偏振片、1/2波片和1/4波片级联构成，所述线偏振片用于产生线偏振光；所述1/2波片用于改变偏振光的主轴方向；所述1/4波片用于改变偏振光的椭圆率；激光器产生的初始光源通过偏振调节模块，产生基本庞加莱球上的任意偏振状态；
[0010]所述模式转换模块由涡旋波片和1/2波片级联组成，所述涡旋波片的光轴方向随角度变化，所述1/2波片用来调制涡旋波片的几何相位，从偏振调节模块出射的光束经过模式转换模块，控制涡旋波片和1/2波片的组合顺序实现涡旋波片阶数的相加或者相减，从而产生不同阶数的高阶庞加莱球光束。
[0011]进一步，所述产生不同阶数的高阶庞加莱球光束的过程为：在多个涡旋波片之间插入1/2波片，使涡旋波片阶数相加，两个涡旋波片后加上一个1/2波片，使两个涡旋波片的阶数相减，如此能够控制的产生多种不同阶数的高阶庞加莱球光束。
[0012]进一步，所述涡旋波片为基于液晶材料的q波片或是在硅玻璃上用激光熔融雕刻的s波片。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换方法，实现为：激光器产生初始光源，初始光源通过偏振调节模块，产生基本庞加莱球上的任意偏振状态；
从偏振调节模块出射的光束再经过模式转换模块，控制涡旋波片和1/2波片的组合顺序实现涡旋波片阶数的相加或者相减，产生不同阶数的高阶庞加莱球光束。
[0014]本专利技术与现有技术相比的优点在于：相比之前报道，具有结构简单、稳定性好，模式和阶数可调等优点。涡旋波片可以实现均匀偏振光到高阶庞加莱球光束的转换，通常一种阶数的涡旋波片只能产生一种阶数的庞加莱球光束。通过在多个涡旋波片之间适当的位置插入1/2波片，可以实现涡旋波片阶数的任意相加减，在涡旋波片数量有限的情况下，实现了更高和更多种阶数的高阶庞加莱球光束产生，其中阶数种类实现了指数倍的增长。且该模式转换器具有结构简单，稳定性好，模式和阶数可调等优点。
附图说明
[0015]下面将对所提出的实施例中所使用的附图作简要介绍，以便更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，显然，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本专利技术的一种可以产生高阶庞加莱球光束的级联模式转换器模块图。
[0017]图中附图标记含义为：1为激光器，2为偏振调节模块，3为偏振转换模块。
[0018]图2为本专利技术的一种可以产生高阶庞加莱球光束的级联模式转换器结构图。
[0019]图中，1为激光器，21为线偏振片，22为1/2波片，23为1/4波片，31为涡旋波片的级联相加部分，32为涡旋波片的级联相减部分，311和322为涡旋波片，312和321为1/2波片。
具体实施方式
[0020]下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明。
[0021]如图1所示，本专利技术的一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器，激光器1、偏振调节模块2、模式转换模块3，其中：
[0022]所述激光器，可以为半导体激光二极管，用于产生初始光源；
[0023]所述偏振调节模块，可以为线偏振片、1/2波片和1/4波片构成，所述线偏振片用于产生线偏振光；所述1/2波片用于改变偏振光的主轴方向；所述1/4波片用于改变偏振光的椭圆率；所述偏振调节模块可以产生基本庞加莱球上的所有偏振态，从而改变最终偏振态在高阶庞加莱球上的位置；
[0024]所述模式转换模块，可以为涡旋波片和1/2波片组成，所述涡旋波片具有随角度变化的光轴方向，可以是基于液晶材料的q波片，也可以是在硅玻璃上用激光熔融雕刻的s波片；所述1/2波片，用来调制涡旋波片的几何相位，实现涡旋波片阶数的相加或者相减；所述模式转换模块，为阶数可切换的级联模式转换器，能把基本庞加莱球光束转换为不同阶数的高阶庞加莱球光束。
[0025]所述的一种可产生高阶庞加莱球光束的级联模式转换器实现如下：激光器产生初始光源，初始光源通过偏振调节模块，可以产生基本庞加莱球上的任意偏振状态；从偏振调节模块出射的光束再经过模式转换模块，控制涡旋波片和1/2波片的组合顺序，可以产生不同阶数的高阶庞加莱球光束。
[0026]本专利技术实施例中所采用的涡旋波片是一种空间变化的相位延迟器，可以是基于液晶材料q波片，也可以是在硅玻璃上用激光熔融雕刻的s波片，或者基于其他材料的具有相
同功能的器件。涡旋波片的光轴随角度变化的倍数称为涡旋波片的阶数，通过改变入射光的偏振状态，m阶涡旋波片可以实现基本庞加莱球到m阶高阶庞加莱球上的偏振状态的一一对应的转换。涡旋波片的阶数在制作过程中是固定不变的，通过在多个涡旋波片之间的特定位置插入1/2波片，例如两个涡旋波片中间插入一个1/2波片可以使其阶数相加，两个涡旋波片后加上一个1/2波片可以使两个涡旋波片的阶数相减，如此可以有控制的产生多种不同阶数的高阶庞加莱球光束。如果有n个涡旋波片的阶数分别为m1、m2、
……
m
n
,则组合能得到的高阶庞加莱的阶数可以取
‑
(m1+m2+m3……
)到(m1+m2+m3……
)中的任意一个整数。从最优组合的角度考虑，可以取n个涡旋波片的阶数分别为1、3、
……
、3
n
‑1，通过不同的组合可以得到3
n
种不同阶数的高阶庞加莱球光束，其阶数取
–
(3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可以产生高阶庞加莱球光束的级连模式转换器，其特征在于，包括，激光器、偏振调节模块、模式转换模块，其中：所述激光器，用于产生初始光源；所述偏振调节模块，由线偏振片、1/2波片和1/4波片级联构成，所述线偏振片用于产生线偏振光；所述1/2波片用于改变偏振光的主轴方向；所述1/4波片用于改变偏振光的椭圆率；激光器产生的初始光源通过偏振调节模块，产生基本庞加莱球上的任意偏振状态；所述模式转换模块由涡旋波片和1/2波片级联组成，所述涡旋波片的光轴方向随角度变化，所述1/2波片用来调制涡旋波片的几何相位，从偏振调节模块出射的光束经过模式转换模块，控制涡旋波片和1/2波片的组合顺序实现涡旋波片阶数的相加或者相减，从而产生不同阶数的高阶庞加莱球光束。2.根据权利要求1所述的一种可以产生高阶庞加莱...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊娜，王安廷，李香乐，江新华，张家琅，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：