本发明专利技术公开了一种产生部分相干全庞加莱光束的方法，通过引入扭曲相位并调控光束源平面上的初始参数，当扭曲因子在特定条件下，可以将全庞加莱光束拓展至更普遍的部分相干领域，使得光束在沿光轴传输过程中始终保持完全偏振，光束所有的偏振态都被保留并覆盖了庞加莱球的整个表面，即光束横截面上包含了所有可能的偏振态。本发明专利技术引入相干参数和扭曲相位等相关参数，可用于调制庞加莱球的刚性旋转速度和远场光斑尺寸，在偏振探测、穆勒矩阵偏振测量、平顶光束整形等方面具有重要的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光场调控技术，具体是一种产生部分相干全庞加莱光束的方法。
技术介绍
1、近年来，具有空间非均匀偏振状态的光束受到特别关注，例如圆柱矢量光束(例如径向或方位偏振光束)。通常，全偏振光束的偏振状态可以在庞加莱球面上直观地描述。例如，空间均匀偏振光束的偏振状态可以独特地可视化为庞加莱球面上的一个点。作为麦克斯韦矢量波方程的高阶解，圆柱矢量光束的偏振态跨越庞加莱球表面的赤道。最近，brown等人在理论上和实验上引入了一类特殊的所谓全庞加莱光束，它可以通过正交偏振的高斯光束和拉盖尔高斯光束同轴叠加构成，其偏振映射到庞加莱球的整个表面，也就是说该光束截面包含了偏振态所有的可能性，并且传播对应于球体的刚性旋转。
2、全庞加莱光束在光捕获、穆勒矩阵偏振测量、二次谐波产生和光通信方面有许多应用。同时，随后的研究还考虑了部分偏振，并提出了一类新的光场，其任何横向平面的偏振内容都跨越庞加莱球内的圆盘状区域。然而，作为一个更普遍的情况，在部分相干域中生成全庞加莱波束仍然是一个悬而未决的挑战。例如，与相干情况类似，具有正交偏振的部分相干高斯光束和部分相干涡旋相位拉盖尔-高斯光束的直接同轴叠加将不可避免地导致传播时相关性引起的去极化效应，即使在自由空间中也是如此。因此，如何在部分相干领域引入保守的全庞加莱光束而不退偏是一个值得深入研究的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种产生部分相干全庞加莱光束的方法，对源平面及远场位置处光束的偏振态及光斑进行准确调控。
>2、实现本专利技术目的的技术方案为：第一方面，本专利技术提供一种产生部分相干全庞加莱光束的方法，通过引入扭曲相位并调控光束源平面上的初始参数，使得光束在沿光轴传输过程中始终保持完全偏振，光束所有的偏振态都被保留并覆盖了庞加莱球的整个表面；此类光束在源平面的关联特性为：3、
4、其中gαβ(r1，r2)表征α与β极化方向间的关联特性，r1＝(x1，y1)和r2＝(x2，y2)表示源平面上的位置矢量，δ0表示光束相干参数，k表示光束波数，μ表示扭曲因子；指数项exp[-ikμ(x1y2-y1x2)]为引入的扭曲相位，通过对扭曲因子的调控，在传输过程中产生完全偏振的部分相干全庞家莱光束。
5、光束满足部分相干扭曲光束中扭曲因子的限制条件并在扭曲因子取极小值时产生部分相干全庞加莱光束，在透镜聚焦过程或自由空间传输过程中，光束横截面始终包含所有可能的偏振态，并且传播对应于球体的刚性旋转；扭曲因子μ的大小及符号可以调控光束在传输过程中光束和偏振态的旋转速度和方向。相干长度δ0的大小会影响光束在透镜聚焦过程或自由空间传输过程中相干度分布和光斑的尺寸。
6、构造目标光束所需要的权重函数和核函数hα(r，v)：
7、
8、
9、其中r＝(x，y)表示源平面上的位置矢量，v是不受维度限制的无单位矢量，a是任意选择的正参数，表示电场强度uα(r)的平方根，σ0表示光束源平面的束腰宽度，lα表示α极化方向的拓扑荷，ε是反对称矩阵等于tan-1(y/x)，bαβ＝|bαβ|exp(iφαβ)是波动电场矢量的笛卡尔分量与恒定相位差φαβ之间的相关系数。
10、调制后光束的交叉谱密度矩阵元表达式为：
11、
12、其中表示电场强度uα(r)的平方根，表示电场强度uβ(r)的平方根，lα表示α极化方向的拓扑荷，lβ表示β极化方向的拓扑荷，等于tan-1(yj/xj)，j＝1，2，目标光束源平面上关联特性中的相干长度a是任意选择的正参数，相关系数bαβ满足条件bxx＝byy＝bxy＝byx＝1。
13、第二方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的方法的步骤。
14、第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
15、第四方面，本专利技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器技行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过引入著名的扭曲相位，成功地消除了相关诱导的偏振变化，并推导了一类在特定参数条件下传播不变的部分相干全庞加莱光束。与相干全庞加莱光束类似，光束的所有偏振态都被保留并覆盖了庞加莱球的整个表面，并且传播对应于球体的刚性旋转。束腰宽度σ0可以精确调控光斑大小，扭曲因子μ的大小及符号可以调控光束在传输过程中光束偏振态的旋转速度和方向，相干长度δ0的大小会影响光束在透镜聚焦过程或自由空间传输过程中相干度分布和光斑的尺寸。控制拓扑荷lx和ly可以实现调控部分相干光束的光谱强度和偏振态，这为矢量光束在激光整形、激光操纵等方面提供了更多手段。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，通过引入扭曲相位并调控光束源平面上的初始参数，使得光束在沿光轴传输过程中始终保持完全偏振，光束所有的偏振态均被保留并覆盖了庞加莱球的整个表面；此类光束在源平面的关联特性为：
2.根据权利要求1所述的产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，光束满足部分相干扭曲光束中扭曲因子的限制条件并在扭曲因子取极小值时产生部分相干全庞加莱光束，在透镜聚焦过程或自由空间传输过程中，光束横截面始终包含所有可能的偏振态，并且传播对应于球体的刚性旋转；扭曲因子μ的大小及符号能够调控光束在传输过程中光束和偏振态的旋转速度和方向。
3.根据权利要求2所述的产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，构造目标光束所需要的权重函数和核函数Hα(r,v)：
4.根据权利要求3所述的产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，调制后光束的交叉谱密度矩阵元表达式为：
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一所述的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述的方法的步骤。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器技行时实现权利要求1-4中任一所述的方法的步骤。
...
【技术特征摘要】
1.一种产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，通过引入扭曲相位并调控光束源平面上的初始参数，使得光束在沿光轴传输过程中始终保持完全偏振，光束所有的偏振态均被保留并覆盖了庞加莱球的整个表面；此类光束在源平面的关联特性为：
2.根据权利要求1所述的产生部分相干全庞加莱光束的方法，其特征在于，光束满足部分相干扭曲光束中扭曲因子的限制条件并在扭曲因子取极小值时产生部分相干全庞加莱光束，在透镜聚焦过程或自由空间传输过程中，光束横截面始终包含所有可能的偏振态，并且传播对应于球体的刚性旋转；扭曲因子μ的大小及符号能够调控光束在传输过程中光束和偏振态的旋转速度和方向。
3.根据权利要求2所述的产生部分相干全庞加莱光束的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱时军，苑世成，李振华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。