一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光 束的方法与装置。
【背景技术】
[0002] 矢量光束是近年来出现的一类新型光束，与常见的偏振态均勾分布的光束（线偏 振光、椭圆偏振光等）不同，它的光束横截面上的偏振态是按照一定规律分布的，具有轴对 称偏振态分布的矢量光束是麦克斯韦方程组在柱坐标系下的本征解。因此也可将其称为偏 振涡旋光束和轴对称偏振光束等。矢量光束在中心处的偏振态是无法确定的，即具有偏振 奇点，这使得它的光强分布具有中空结构。近年来矢量光束引起人们的广泛关注，主要是因 为其独特的偏振态分布以及中空强度分布。这种光束结构使其在高数值孔径透镜的聚焦 下，聚焦光斑可以突破衍射极限，并且在焦点附近具有很强的纵向电场分量，因此其在高分 辨率成像技术中有着广泛的应用。同时，光镊技术中使用空心结构的矢量光束会提高粒子 捕获能力。矢量光束在表面等离子体波的激发与聚焦、光通信技术中具有十分广泛的应用 价值。特别是光通信领域，矢量光束可携带偏振信息量，且因其具有平面波前结构，故相比 于螺旋光束，矢量光束在大气湍流的传输过程中能更好的保持原有光束的特性并传输更远 的距离。
[0003] 目前，主要有两种生成矢量光束的方法，即腔内法和腔外转化法。典型的腔内法就 是在激光谐振腔中加入某些光学元件，如轴向二向色性和轴向双折射器件等，一次来实现 激光腔内的模式选择，最终以矢量光束模式振荡输出。但此种方法设备复杂，不易操作。典 型的腔外转化法就是通过螺旋光束合束来生成矢量光束。该合束过程可以表示为：
[0004]
【主权项】
1. 一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的装置，其特征在于，包括偏振片 (1)，分光镜（2)，偏振分光棱镜（3)，直角棱镜（4)，全反镜（5)，1/4波片（6)，其中： 所述偏振片（1)偏振方向与水平面成45°置于入射光路中，将入射螺旋光束转化为与 水平面呈45°线偏螺旋光束； 所述分光镜（2)置于偏振片（1)的后方光路中，且分光镜平面与入射光轴成45°放置， 用以将入射线偏螺旋光束的传播方向改变90 ° ; 所述偏振分光棱镜（3)置于分光镜（2)的反射光路中，用以将入射螺旋光束分解为偏 振方向相互正交的两束线偏螺旋光束； 所述直角棱镜（4)置于偏振分光棱镜（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，这可以保持入射螺旋光束的角量子数不变； 所述全反镜（5)置于偏振分光棱镜（3)的反射光路中，s偏振螺旋光束垂直照射在全 反镜上，并沿原光路返回，这可以使入射螺旋光束的角量子数变为原来的相反数； 所述偏振分光棱镜（3)将直角棱镜（4)与全反镜（5)反射的两束正交线偏螺旋光束合 束； 所述1/4波片（6)在分光镜（2)、偏振分光棱镜（3)以及直角棱镜（4)的同轴光路中， 且与偏振分光棱镜（3)分别置于分光镜（2)的两边； 所述1/4波片（6)的快轴方向与水平面成45°放置，用以将两束正交线偏螺旋光束合 束转化两束旋向相反的圆偏振螺旋光束合束，生成矢量光束。
2. -种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法，其特征在于： ① 利用泰曼格林干涉装置将入射的螺旋光束转化为矢量光束：入射螺旋光束经偏振片 (1)后，转化为偏振方向与水平面成45°的线偏振光，使其经分光镜（2)反射后再经偏振分 光棱镜（3)分解为等光强的偏振方向相互正交的两束线偏振螺旋光，两束光在各自的光路 反射后又经偏振分光棱镜（3)合束； 其中s光经全反镜（5)反射，共被偏振分光棱镜（3)和全反镜（5)反射3次，角量子数 变为原来的相反数，P光经直角棱镜（4)的屋脊面反射，角量子数不变； 合束后的光为偏振方向相互正交的线偏振螺旋光束的合束，合束光束经分光镜（2)透 射后，通过一快轴方向与水平面成45°夹角放置的1/4波片（6)，使其转换为两束偏振旋向 相反的圆偏振螺旋光束的合束，合束的两束螺旋光束的角量子数互为相反数，因此该合束 即为生成的矢量光束。 ② 通过改变入射的螺旋光束，可生成不同阶次的矢量光束，生成的矢量光束的阶次为 入射螺旋光束的角量子数的绝对值，生成的矢量光束的归一化光强分布与入射的螺旋光束 相同。
【专利摘要】本发明公开了一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置，只需将螺旋光束沿光轴方向入射，则该光学系统的出射光即为矢量光束。不同的螺旋光束入射，可生成不同的矢量光束。矢量光束的阶次为入射螺旋光束角量子数的绝对值，矢量光束的归一化光强分布与入射螺旋光束相同。改变入射的螺旋光束时，无需调节该装置的其他部位，即可生成矢量光束。该方法不用重复调整，操作较为简单，相比于现有技术有较大的进步。
【IPC分类】G02B27-28
【公开号】CN104656266
【申请号】CN201510069408
【发明人】高春清, 付时尧, 戴坤建
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月10日