[發明專利]雙通道矢量空間光調制器

有效

• 申請號: 201410002941.9
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103676184A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 國承山;容振宇;王淑貞
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/13
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所 37224
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及一種用于產生任意矢量光束的矢量空間光調制器(VSLM)，屬于光調制器技術領域。

背景技術

眾所周知，具有任意偏振和復振幅分布的矢量光束可以一般地用以下Jones矩陣表示

其中，a_x，a_y和分別表示該矢量光束的兩個正交偏振分量的振幅和相位；j為虛數符號；(x,y)為空間坐標。一般情況下，它們均為觀察平面上的空間坐標(x,y)的函數。早期的研究主要涉及空間偏振態均勻分布的光場。近年來，越來越多的研究開始涉及到偏振態空間非均勻分布的矢量光束，因為人們發現這種矢量光束具有一些均勻偏振的標量光場所不具備的特殊性質。例如，文獻1-文獻4的研究發現了非均勻偏振矢量光束具有的一些令人感興趣的現象。偏振光束的特殊性質已經在表面等離激元激發（參見文獻5）、超分辨成像（參見文獻6）、光學微操縱（參見文獻7）、激光微加工（參見文獻8）、高功率超輻射光源（參見文獻9）等領域顯示了其潛在的應用價值。

由于一般商用激光器產生的激光的偏振態空間分布都是均勻的，怎樣將其轉換成具有所需要的偏振和復振幅分布的矢量光束常常成為許多實際應用中的一個難題。人們為實現這一目的已經做了很多工作并提出了許多實現途徑。這些途徑大致可分為基于常規光學元件的靜態轉換技術（參見文獻10-文獻12）和基于可程控空間光調制器的動態轉換技術（參見文獻13-文獻23）。而后者由于其具有可動態程控的優點更令人感興趣。在基于SLM的轉換技術中，文獻13-文獻19主要是基于SLM和一些專門設計的光學系統相結合實現產生矢量光束所需的分束和合束。而文獻20-文獻23主要討論的是采用兩個空間光調制器的方法。例如，在文獻19中Clegg等人使用兩個顯示在同一個電光液晶空間光調制器上的計算全息圖實現任意偏振控制的方法。但該方法需要一個包含多個反射鏡的較為復雜的折疊光路。最近，在文獻23中Han等人設計了一個基于兩個反射式純相位空間光調制器的任意矢量光束生成裝置；但由于該裝置不僅涉及兩個反射式空間光調制器還需要非偏振型分束棱鏡和反射鏡等光學元件，裝置結構較復雜，系統成本也較高。

中國專利文獻CN103293696A公開了一種《基于馬赫曾德干涉儀生成任意矢量光束的裝置》，包括基模線偏振激光光源、二分之一波片、兩個偏振分光棱鏡、兩個全反鏡、兩個非連續波片和電光相位調制器；基模線偏振激光光源產生的基模高斯光束經二分之一波片和第一偏振分光棱鏡分成兩路正交線偏振光；垂直偏振光經45°第一全反鏡和第一非連續波片后轉換成TEM01垂直偏振光；水平偏振光則經過第二非連續波片后轉換成TEM10水平偏振光，TEM10水平偏振光經過電光相位調制器和45°放置的第二全反鏡反射后與TEM01垂直偏振光在第二偏振分光棱鏡處同軸相干疊加生成矢量偏振光。

CN102183847A公開了一種《生成矢量光束的方法和裝置》，由激光器、起偏器、偏振分光棱鏡、石英平片、反射鏡、第一擴束器、二元振幅光柵、第二擴束器、小孔光闌、1/4波片、CCD相機組成。首先采用以偏振分光棱鏡、反射鏡和第一擴束器為核心元件的光學系統產生具有特定夾角的兩束偏振方向正交的線偏振光，然后利用以二元振幅光柵和1/4波片為核心元件的光學系統將上述兩束光轉換為兩束偏振旋向相反且具有相反螺旋相位的圓偏振拉蓋爾高斯光束，并在系統光軸處實現同軸合束，得到所需的矢量光束。

CN101178484公開了一種《任意偏振分布矢量光束的生成裝置》，在沿產生線偏振光的光源的光線方向上依次設置由計算機控制的空間光調制器、第一透鏡、濾波器、兩個四分之一波片、第二透鏡和Rochi光柵；空間光調制器位于第一透鏡的前焦面，第一透鏡的后焦面設置濾波器；濾波器同時位于第二透鏡的前焦面；Rochi光柵位于第二透鏡的后焦面。兩個四分之一波片緊貼濾波器背光源一面放置。

上述三種生成任意矢量光束裝置的結構都比較復雜，需要使用像衍射光柵、分光棱鏡、反射鏡之類的光學元件，集成困難，不易攜帶。

發明內容

本發明針對現有生成任意矢量光束的技術存在的問題，提出一種容易集成和便攜、轉換效率高的雙通道矢量空間光調制器(VSLM)。

本發明的雙通道矢量空間光調制器，由一個純相位型空間光調制器(PSLM)和一個組合陣列雙折射波片（CABP）兩部分組成，其中，純相位型空間光調制器上的每四個子像素組成一個編碼基元；組合陣列雙折射波片中的各個子波片與純相位型空間光調制器的各個子像素一一對應并分成交互排列的兩組，兩組子波片的光軸相交成45度角。