[發明專利]一種基于矢量渦旋光束的正交圓偏振光的測距系統

有效

• 申請號: 201811514715.3
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109375397B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 陳瑞品;劉彩霞;張曉雨;王中興
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;G01B11/02
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 顧伯興

本發明提供了一種基于矢量渦旋光束的正交圓偏振光的測距系統，其特征在于，包括角向偏振變化的矢量渦旋光束生成器，衰減片，非局域非線性介質，一個小孔徑光闌，線偏振片和λ/4波片以及接收裝置；所述矢量渦旋光束生成器用于生成的矢量渦旋光束，所述衰減片用于控制光束功率變化，光束經過非局域非線性介質傳播，透過光闌，經過線偏振片得到得到線偏振光，線偏振光通過λ/4波片得到左旋和右旋圓偏振光，并于接收裝置呈現左旋和右旋圓偏振光圖像，測量左旋與右旋圓偏振光環形分布的間距。本發明可以同時產生左旋、右旋兩個正交的圓偏振，并對其分布位置進行控制：通過對入射功率、拓撲荷數m,n以及液晶長度的變化，控制正交圓偏振光環形分布的間距。

技術領域

本發明涉及光電技術，偏振態的產生和分布控制，精密測量等領域，一種基于矢量渦旋光束的正交圓偏振光的測距系統。

背景技術

近年來，偏振態作為矢量光場的重要屬性之一，對光波的衍射和時空演化有著重要的影響。為了發掘更多新穎的光學現象，越來越多的研究者們開始關注光場的偏振調控，因此偏振態的空間非均勻調制成為目前光學領域的一個研究熱點。偏振調制的光場構成了偏振態空間變化的新型激光模式，稱為矢量光場。矢量光場是指同一時刻同一波陣面上不同位置具有不同偏振態的光場，也稱為偏振態非均勻分布的光場。而渦旋光束最重要的一個特性就是它具有螺旋形的相位，使它不同于普通的光束，它攜帶軌道角動量，而這一特性跟渦旋光束的拓撲荷數分不開。人們的目光又轉向研究渦旋光束的拓撲荷數，它可以是整數，也可以是分數。對于拓撲荷數為整數的渦旋光束而言，它的光場強度呈圓對稱分布，而對于拓撲荷數為分數的渦旋光束來說，它的光強跟整數情況一樣，但是它會在亮環上有一個位錯出現。連續螺旋狀相位的光束，它的波陣面是螺旋渦狀，且在中心具有一個暗核，光強為零，具有奇異性。光束還具有軌道角動量，并且繞著傳播的光軸旋轉進行傳播，波前是螺旋狀。并且非局域非線性介質在過去的幾十年里因其傳播性質和潛在的應用而引起了極大的興趣。

光束在介質中傳輸時，會引起折射率的改變，如果介質中某點折射率的改變僅取決于該點的光強，我們就稱之為局域介質。如果介質中某點折射率的改變不僅決定于該點的光強，而且還決定于其他點的光強，我們就稱之為非局域介質。產生非局域非線性響應的物理機制很多，比如原子擴散，熱傳遞，電荷漂移和分子在較大范圍的相互作用等。目前已發現的兩種強非局域介質：向列相液晶和鉛玻璃，前者非局域來源于液晶分子的重取向，而后者非局域來源于熱致非線性。

因此，借助矢量渦旋光束在強非局域非線性介質(如液晶)中傳播，通過對入射功率、非局域非線性介質(如液晶)長度的變化，控制正交圓偏振光環形分布的間距，對測量左旋右旋兩個正交的偏振分量的同時產生、分布位置控制具有一定的意義。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種基于矢量渦旋光束通過強非局域非線性介質的正交圓偏振光環形分布間距可控的測量系統。不僅可以同時生成左右旋兩種正交偏振光，而且通過改變功率以及拓撲荷數m,n，可以調控左旋圓偏振與右旋圓偏振之間的距離。具有測量精度高，且結構簡單，安裝方便，價格低廉，適用范圍廣等特點。

本發明通過以下技術方案來實現：一種基于矢量渦旋光束的正交圓偏振光的測距系統，其特征在于，包括包括角向偏振變化的矢量渦旋光束生成器，衰減片，符合非局域非線性介質的液晶介質，一個小孔徑光闌，線偏振片，λ/4波片以及接收裝置；述矢量渦旋光束生成器用于生成的矢量渦旋光束，所述衰減片用于控制光束功率變化，光束經過非局域非線性介質傳播，透過光闌，經過線偏振片得到得到線偏振光，線偏振光通過λ/4波片得到左旋和右旋圓偏振光，并于接收裝置呈現左旋和右旋圓偏振光圖像，測量左旋與右旋圓偏振光環形分布的間距；矢量渦旋光束生成器生成的角向偏振變化的矢量渦旋光束表示為：

其中A₀表示振幅，分別表示點(x,y)的極化半徑和角向角度，w₀是基模高斯光束的腰斑半徑，m和n分別是偏振和渦旋拓撲荷數；e_x和e_y分別是x方向和y方向上的單位向量。