[發明專利]一種基于光學幾何變換的矢量光測量裝置

有效

• 申請號: 201810253913.2
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108303180B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 李朝暉;肖文達;楊繼順;劉志兵;高社成;熊松松
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G02B27/28;G02B5/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌

本發明涉及矢量光測量的技術領域，更具體地，涉及一種基于光學幾何變換的矢量光測量裝置。包括測量器件主體、光功率計；單模光纖在測量器件主體的一端，并可用光功率計直接讀取單模光纖輸出光功率。測量器主體是一個集成的光學自由曲面器件，它包括液晶偏振光柵、光學幾何變換區、相位補償聚焦區、光束整形區，并包含兩個完全對稱的部分。光學幾何變換區，相位補償聚焦區和光束整形區三者之間間隔完全相等。本發明所述器件具有低損耗、靈活性高、使用方便等優點，可被廣泛應用于矢量光測量，編碼通信等領域。

技術領域

本發明涉及矢量光測量的技術領域，更具體地，涉及一種基于光學幾何變換的矢量光測量裝置。

背景技術

矢量光，是偏振態在空間每點有變化的空間模式。矢量光由于其獨特的聚焦性質、偏振特性和拓撲結構等特點，因此其在光學微粒操縱、光學成像、光通信、光存儲及光傳感等領域都具有重要研究價值，尤其作為模式復用的方式在光通信領域具有極大的潛力。最引人注目的是，稱之為矢量渦旋光的矢量光。

矢量渦旋光，通常也稱為柱矢量光（CVB）或柱矢量模，其偏振拓撲階數可以定義為360°偏振態沿著方位軸變化的重復次數，其符號表示偏振的旋轉方向。

頻分和波分復用技術是目前主流光通信復用技術，隨著現有通信容量和帶寬瓶頸，人們需要一種新型的復用技術。而由于矢量光是光纖中的本征模式，且不同偏振態的矢量光彼此正交，所以矢量光復用可極大提升光通信容量。另外，利用矢量渦旋光的偏振拓撲階數的無限性，矢量光也可用于編碼通信。

但是，怎樣判斷測量矢量渦旋光的偏振拓撲階數還是一個難題，阻礙了矢量渦旋光的進一步發展應用。

目前，對矢量渦旋光偏振拓撲階數測量方法比較少。2015年，Milione等人利用q玻片進行測量，但這種方法只能測量一次測量一個矢量渦旋光，且比較復雜。2015年，Moreno等人主要利用渦流傳感衍射光柵進行測量，但是這種測量方法測量的矢量渦旋光僅限于特定幾種，且損耗較大，不利于實際通信系統的應用。

為了能夠提高測量的精確度和測量范圍，可考慮將光學幾何變換方法引入到矢量渦旋光偏振拓撲階數的測量中。由于矢量渦旋光可看做是兩束帶相反拓撲荷的左右旋渦旋光的疊加，因此可將矢量渦旋光偏振拓撲階數測量問題轉化為渦旋光拓撲荷的測量問題。而2010年Berkhout等人提出可將一種基于笛卡爾—極坐標的光學幾何變換方法用于渦旋光拓撲荷的測量。通過光學幾何變換，可將渦旋光展開成帶有相位梯度的傾斜平面波，經過透鏡的聚焦，不同拓撲荷的渦旋光會聚焦到不同的橫向位置，從而實現高效的分離。理論上，光學幾何變換沒有能量損失，除了光學器件造成的損耗外沒有其他能量損失，因此光學幾何變換具有損耗低的優點。通過對左右旋兩路渦旋光的測量，即可得知矢量渦旋光偏振拓撲階數。考慮到簡便性和波長普適性，可基于上述方法加工集成光學器件，更好地應用在實際測量中。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種基于光學幾何變換的矢量光測量裝置，采用飛秒激光器改變材料晶軸和折射率分布的方法制作一個集成光學器件，用于實現較為簡便的矢量渦旋光偏振拓撲階數測量。

本發明的技術方案是：一種基于光學幾何變換的矢量光測量裝置，其中，包括測量器件主體，單模光纖、光功率計，所述單模光纖在測量器件主體的一端，光功率計可與單模光纖相連，并可直接讀取單模光纖輸出光功率；所述測量器件主體是一個集成光學器件，它包括液晶偏振光柵，光學幾何變換區、相位補償聚焦區、光束整形區；光學幾何變換區、相位補償聚焦區、光束整形區為等間距分布。

進一步的，所述的測量器件主體中液晶偏振光柵由液晶制作，光學幾何變換區、相位補償聚焦區、光束整形區由玻璃、陶瓷、晶體及有機聚合物透明材料制作。