[發明專利]一種光子偏振態密度矩陣的直接測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710258109.9
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107014493B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張子靜;岑龍柱;趙遠;張建東;李碩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G01J11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種光子偏振態密度矩陣的直接測量裝置，其特征在于，包括第一狀態轉換器(2)、對角偏振相關位移晶體(3)、第二狀態轉換器(4)、成像系統(11)、第三狀態轉換器(9)和CCD相機(10)；

待測信號入射至第一狀態轉換器(2)，經由第一狀態轉換器(2)轉換后的待測信號入射至對角偏振相關位移晶體(3)，經過對角偏振相關位移晶體(3)轉換后的待測信號入射至第二狀態轉換器(4)，經過第二狀態轉換器(4)轉換后的待測信號入射至成像系統(11)，成像系統(11)輸出的待測信號入射至第三狀態轉換器(9)，經過第三狀態轉換器(9)轉換后的待測信號被CCD相機(10)接收；

所述第一狀態轉換器(2)包括第一豎直偏振相關位移晶體(2-1)和第一水平偏振相關位移晶體(2-2)；

第一豎直偏振相關位移晶體(2-1)：用于將入射的待測信號的光斑中心在x方向上產生一個與入射待測信號豎直偏振的位移；

第一水平偏振相關位移晶體(2-2)：用于將入射的待測信號的光斑中心在x方向上產生一個與入射待測信號水平偏振的位移；

所述x方向為水平方向；

所述第二狀態轉換器(4)包括第二豎直偏振相關位移晶體(4-1)和第二水平偏振相關位移晶體(4-2)；

第二豎直偏振相關位移晶體(4-1)：用于將入射至第二狀態轉換器(4)的入射光中豎直偏振分量慮除；

第二水平偏振相關位移晶體(4-2)：用于將入射至第二狀態轉換器(4)的入射光中水平偏振分量慮除；

所述第三狀態轉換器(9)包括球面傅里葉變換透鏡(9-3)、水平柱面傅里葉變換透鏡(9-2)和豎直柱面傅里葉變換透鏡(9-1)；

球面傅里葉變換透鏡(9-3)：用于對成像系統所成的像作二維傅里葉變換；

水平柱面傅里葉變換透鏡(9-2)：用于對成像系統所成的像作水平方向的一維傅里葉變換，豎直方向保持原像；

豎直柱面傅里葉變換透鏡(9-1)：用于對成像系統所成的像作豎直方向的一維傅里葉變換，水平方向保持原像。

2.根據權利要求1所述的一種光子偏振態密度矩陣的直接測量裝置，其特征在于，

待測信號的波函數|Ψ>表示為空間自由度波函數|χ>及偏振自由度波函數|ψ>的直積，

即：

其中，|H>代表水平偏振基底，|V>代表豎直偏振基底，a代表待測態偏振自由度波函數向水平偏振基底投影的概率幅，b代表待測態偏振自由度波函數向豎直偏振基底投影的概率幅；

空間自由度波函數在坐標表象為高斯型

其中，ζ取x及y，x代表空間笛卡爾坐標系中的橫坐標軸，y代表空間笛卡爾坐標系中的縱坐標軸，σ_ξ代表ζ方向上高斯分布的標準差，原點為激光器(A1)的光斑中心。

3.根據權利要求2所述的一種光子偏振態密度矩陣的直接測量裝置，其特征在于，

通過第一豎直偏振相關位移晶體(2-1)后的待測信號的波函數為：

其中，用于將入射的待測信號的光斑中心在x方向上產生一個與入射待測信號水平偏振的位移為δx1，χx代表待測信號空間自由度波函數x分量在坐標表象下的波函數，χ_y代表待測信號空間自由度波函數y分量在坐標表象下的波函數；

通過第一水平偏振相關位移晶體(2-2)后的待測信號的波函數為：

其中，用于將入射的待測信號的光斑中心在x方向上產生一個與入射待測信號豎直偏振的為δ_x2。

4.根據權利要求3所述的一種光子偏振態密度矩陣的直接測量裝置，其特征在于，對角偏振相關位移晶體(3)將入射光的光斑中心在y方向上產生一個與對角偏振相關的位移δ_y；

當第一豎直偏振相關位移晶體(2-1)接入光路時，通過對角偏振相關位移晶體(3)后的待測信號波函數為：

其中，

當第一水平偏振相關位移晶體(2-2)接入光路時，通過對角偏振相關位移晶體(3)后的待測信號波函數為：