[發明專利]一種與方位角無關的偏振轉化裝置、實驗裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202011635981.9
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112666699A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 吳小虎;劉睿一;崔崢
• 申請（專利權）人: 山東高等技術研究院
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00;G02B27/28;G09B23/22
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 孫莉莉

本發明公開了一種方位角無關的偏振轉化裝置、實驗裝置及使用方法，其中，該偏振轉化裝置僅由兩個相對旋轉角度為45°的傳統二分之一波片簡單構成，其中，兩個二分之一波片的中心在一條直線上，且兩個二分之一波片垂直于該條線。當橫磁波入射時，無需調節二分之一波片光軸與入射面的方位角，橫磁波透過兩個相對旋轉角為45°的二分之一波片便可偏振轉化為橫電波，實現兩種線偏振之間與方位角無關的轉化，且不同方位角下橫電分量透射率的平均值高達0.93，該裝置將有望促進傳統二分之一波片的發展更新以及簡化光學實驗。

技術領域

本發明涉及電磁波偏振轉化技術領域，特別涉及一種與方位角無關的偏振轉化裝置、實驗裝置及使用方法。

背景技術

偏振態是電磁波的重要特征之一，可以分為線偏振、圓偏振等。不同的偏振狀態在不同場景中有所應用，例如目標探測、衛星通信、雷達抗干擾等。因此實現偏振的自由調控是十分有意義的。

二分之一波片(Half-wave plates，HWPs)是一種傳統的偏振轉化光學器件，它可以有效的調控線偏振的偏振狀態以及圓偏振的旋向。但是目前使用二分之一波片進行偏振調控時存在如下兩方面問題。第一，傳統的HWP是采用雙折射晶體，這將使得兩個偏振態正交的波之間發生相位延遲，進而導致HWP受到厚度和帶寬的限制。第二，由于HWP的面內各向異性，偏振轉換與方位角密切相關，并且僅當HWP的入射面與光軸之間的夾角為45°時，才能發生完美的偏振轉換。這在實際實驗操作是是極為不便的，不僅耗時而且還有可能在調節過程中出現誤差。大量的研究成果表明，問題一可以通過人工構造超材料和超表面的方式解決。對于問題二，有研究人員提出使用四個HWPs才能實現全方位角的完美偏振轉化。對于線偏振來說，橫磁波(TM)和橫電波(TE)之間與方位角無關的偏振轉換在實現與偏振無關的角度選擇性方面具有實際應用。但是目前已有的方法結構復雜，方位角依賴性強、轉化率低等問題在實際中將降低系統的有效性和集成度。因此，設計一款結構簡單、方位角無關以及轉化效率高的偏振轉化裝置是十分有必要的。

發明內容

本發明提供一種與方位角無關的偏振轉化裝置，以用于解決現有偏振轉化裝置結構復雜，以及方位角敏感的技術問題。

本發明一方面實施例提供一種與方位角無關的偏振轉化裝置，包括：第一二分之一波片和第二二分之一波片，其中，所述第一二分之一波片的中心和所述第二二分之一波片的中心在一條直線上，所述第一二分之一波片和所述第二二分之一波片垂直于該條線，所述第一二分之一波片與所述第二二分之一波片之間相對旋轉角為45°。

本發明另一方面實施例提供一種與方位角無關的偏振轉化裝置的實驗裝置，包括：上述偏振轉化裝置、激光器、分束器、第一光功率計、第二光功率計和處理器，其中，所述激光器用于發射橫磁波；所述偏振轉化裝置置于所述激光器和所述分束器之間，用于使所述橫磁波轉化為橫電波；所述分束器用于將所述偏振轉化裝置的透射波分為橫電波分量和橫磁波分量；所述第一光功率計和所述第二光功率計均置于所述分束器之后，所述第一光功率計用于測量所述橫波電分量的強度，所述第二光功率計用于測量所述橫磁波分量的強度；所述處理器與所述第一光功率計和所述第二光功率計連接，用于處理多個所述橫電波分量的強度和所述橫磁波分量的強度，獲得不同方位角下橫波分量透射率的平均值，進而確定所述偏振轉化裝置是否在任意方位角下實現完美偏振轉化。

本發明又一方面實施例與方位角無關的偏振轉化裝置的實驗裝置使用方法，包括以下步驟：利用所述激光器發射橫磁波；使所述橫磁波透過所述偏振轉化裝置，得到透射波；經由所述分束器將所述透射波分成橫磁波分量和橫電波分量；利用所述第一光功率計和所述第二光功率計分別測量橫磁波分量的強度和橫電波分量的強度；改變方位角，測量多個方位角下的橫磁波分量的強度和橫電波分量的強度；通過所述處理器處理多個所述橫電波分量的強度和所述橫磁波分量的強度，獲得不同方位角下橫波波分量透射率的平均值，進而確定所述偏振轉化裝置是否在任意方位角下實現完美偏振轉化。

本發明的技術方案，至少實現了如下有益的技術效果：