[發明專利]一種高效產生任意矢量光場的方法及裝置

有效

• 申請號: 201711282128.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108061975B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 劉圣;齊淑霞;章毅;李鵬;吳東京;韓磊;趙建林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于光電子技術領域，涉及一種利用相位型空間光調制器(SLM)高效產生任意矢量光場的方法及裝置，其特征在于：在光源的輸出軸上引入一個光束分束系統，得到兩束正交線偏振光，通過包含相位型空間光調制器(SLM)的光束調控系統使兩束光束加載不同的相位信息,再通過光束合束系統同軸疊加，并通過四分之一波片轉化為左右旋圓偏振光束，疊加生成矢量光場。采用的光束分束系統、合束系統中，所使用的器件對入射光的透過率高、損耗低。通過在相位型空間光調制器(SLM)上加載不同的相位圖可實時調節所產生的矢量光場的振幅、相位和偏振態。本發明所提出的裝置，能量損失小，光束疊加的同軸性調節容易，可方便、高效地產生任意矢量光場。

技術領域

本發明涉及一種利用相位型空間光調制器(SLM)高效產生任意矢量光場的方法及裝置，屬于光電子技術領域。

背景技術

標量光場是指偏振態在橫向空間均勻分布的光場，如線偏振、圓偏振、橢圓偏振光場等。與標量光場不同，矢量光場是指偏振態隨橫向空間位置變化的光場。其中，最典型、應用最廣泛的是偏振態在橫向空間呈軸對稱分布的矢量光場——柱對稱矢量光場。研究發現，柱對稱矢量光場經高數值孔徑透鏡緊聚焦時，可產生具有新穎的角動量和強度分布的焦場，如光針、光籠、光鏈等。矢量光場獨特的緊聚焦特性，使其在粒子捕捉、超分辨成像、光學微操控、材料加工等領域中具有廣闊的應用前景。

目前，矢量光場的產生方法是國內外的研究熱點之一。通常可將矢量光場的產生方法分為主動法和被動法兩類。所謂主動法，是通過設計激光器的諧振腔，直接輸出矢量光束。所謂被動法，是在激光器外光路中插入某種裝置以改變激光器輸出光束的偏振態，從而產生矢量光場。主動法雖能更高效地產生矢量光場，但缺乏靈活性。諧振腔經特殊設計后只能產生特定偏振態分布的矢量光場。相比之下，被動法能更方便地產生各種不同偏振態分布的矢量光場。被動法可分為直接法和間接法：直接法是通過特殊設計的光學元件，比如亞波長光柵、相位光學元件、超表面、液晶等，將激光器輸出的線偏振光束直接轉化為矢量光束；間接法則主要是由多光束通過同軸疊加形成矢量光場，故又稱為干涉法。

利用干涉法產生矢量光場時，一般通過兩束相互正交的線偏振光或旋向相反的圓偏振光疊加。為實現不同偏振態分布，通常需要利用空間光調制器(SLM)實現對不同偏振分量的相位調制。這使得矢量光束實時可控，具有很高的靈活性，可以方便地產生任意偏振態分布的矢量光場。然而，由傳統干涉法產生矢量光場時，在保證兩個偏振分量同軸疊加的前提下，所采用的分束、合束器件會產生多個衍射級次，或者會損失大量的光能量。這對所產生矢量光場的能量造成浪費，產生效率較低，且光束同軸疊加調節難度大。為了靈活、高效地產生矢量光場，本發明提出一種利用相位型空間光調制器(SLM)高效產生任意矢量光場的方法及裝置。

發明內容

要解決的技術問題

針對現有技術的不足之處，本發明提出了一種利用相位型空間光調制器(SLM)高效產生任意矢量光場的方法及裝置。所述方法及裝置通過利用相位型SLM加載不同的相位圖，可實現矢量光場的振幅、相位和偏振態的實時調節；所采用的分束、合束系統的強度透過率高，能量損失小，并且光束疊加的同軸性調節更容易。

技術方案

本發明所采用的技術方案，其特征在于包括光源1，半波片2，光束分束系統3，光束調控系統4，光束合束系統5，四分之一波片6，電荷耦合元件7。

所述光源1為單模激光器，包括氦氖激光器、氬離子激光器、半導體激光器及飛秒脈沖激光器等。

所述半波片2，其作用是改變激光器輸出線偏振光束的偏振方向，使其沿45°方向偏振。

所述光束分束系統3和所述光束合束系統5可以采用以下四種方案之一種：