[發(fā)明專利]一種飛秒龐加萊球矢量光束的偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)

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• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN114063307A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 展浩;周張鈺;閔長俊;張聿全;袁小聰
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 廣東良馬律師事務所 44395
• 代理人: 張柯

本發(fā)明公開了一種飛秒龐加萊球矢量光束的偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，包括：激發(fā)光源單元、脈沖分束單元、水平方向偏振以及光強大小調(diào)控單元、垂直方向偏振以及光強大小調(diào)控單元、正交偏振合束單元和液晶q波片；將飛秒激光束進行分束，一路進入水平方向偏振以及光強大小調(diào)控單元，產(chǎn)生水平方向光強大小可調(diào)節(jié)的線偏振的飛秒激光束；另一路進入豎直方向偏振以及光強大小調(diào)控單元，產(chǎn)生豎直方向光強大小可調(diào)節(jié)的線偏振的飛秒激光束；通過正交偏振合束單元調(diào)制為兩束正交偏振的飛秒激光束后；再通過液晶q波片生成龐加萊矢量光束。本發(fā)明只需調(diào)節(jié)水平和垂直偏振脈沖間的時間延遲及水平和垂直方向偏振光光強大小就能完成龐加萊球上任意偏振態(tài)的調(diào)控。

技術領域

本發(fā)明涉及光束調(diào)控技術領域，尤其涉及一種飛秒龐加萊球矢量光束的 偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)。

背景技術

自上世紀六十年代激光器產(chǎn)生以來，激光脈沖寬度和能量一直在不斷的 發(fā)展和刷新數(shù)據(jù)，飛秒激光技術正在不斷發(fā)展成熟，這使得激光直接應用于 物理、化學、生物等領域的基礎研究以及工業(yè)應用日益成熟。飛秒激光的應 用主要是超短時空分辨率，超寬光譜帶寬，超高峰值功率。其中一個重要應 用領域是激光超精細加工。科學研究所知，激光作用到固體材料表面，其電 子-聲子耦合響應時間為皮秒量級，因此對于大于或接近這個時間長度的脈沖 激光，材料加工將受到熱傳導的影響，這將使得加工區(qū)域的材料的物理與化學性質(zhì)因為熱效應而發(fā)生變化并明顯降低材料加工質(zhì)量。而飛秒激光持續(xù)時 間小于電子-聲子耦合時間，即激光作用材料過程早于熱擴散出現(xiàn)時間，這明 顯地抑制了熱效應，從而可以對各種材料包括金屬、半導體及透明電介質(zhì)等 材料達到“冷加工”效果。另外，由于飛秒激光與物質(zhì)相互作用的多光子吸 收過程，可以使加工精度小于激光聚焦尺寸，達到突破衍射極限加工效果。 我們相信，隨著飛秒激光技術的日漸成熟，以及對飛秒激光相關理論研究的 逐步深入，飛秒激光必將更加廣泛和深入的應用到人類社會的各個領域。

光波存在兩個重要的調(diào)控參量：振幅和相位，除此之外,偏振也是光的一 個重要性質(zhì)。偏振是光作為電磁波除了光強、位相、光譜等特性之外的一種 基本屬性,表征了光波振動的矢量性。為了更好的描述光的偏振態(tài)，在1892 年Poincare提出了用龐加萊球來描述所有可能的偏振態(tài)的幾何描述方法，龐 加萊球的笛卡爾坐標是三個Stokes參量，在龐加萊球的表面上映射了用瓊斯 矢量表示的所有偏振態(tài)，將這種物理概念和幾何圖形相互連接，極大的簡化 了很多復雜的偏振態(tài)問題，成為了研究矢量光束的偏振問題的主要方法。盡管龐加萊球法非常巧妙，但是直到2011年以前，龐加萊球上表示的偏振態(tài)僅 限于Maxwell矢量波方程的最簡單和最基本的同質(zhì)平面波解。在2011年 GiovanniMilione提出了高階龐加萊球的概念，在高階龐加萊球上面可以表 示非均勻的偏振態(tài)，比如激光腔諧振器。還有一種叫做矢量渦旋光，也成為 螺旋偏振光，其偏振態(tài)也可以用高階龐加萊球表示。高階龐加萊球的提出， 極大的拓展了傳統(tǒng)平面波的偏振特性。線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光這 種偏振在空間均勻分布的光束是過去傳統(tǒng)研究的熱點，偏振態(tài)在空間呈非均 勻分布的矢量光束因為其特殊的性質(zhì)和潛在的應用價值無論是在理論上還是 在實際應用中都引起了科技工作者極大的研究興趣。隨著近年來對矢量光束 研究的不斷深入，光的這種矢量偏振性質(zhì)以及矢量偏振光場與物質(zhì)的相互作 用已經(jīng)成為光學檢測和計量、顯示技術、數(shù)據(jù)存儲、光通信、材料科學、天 文學、量子糾纏、光鑷、顯微技術、激光加工以及生物光子學等許多研究領 域的重要研究內(nèi)容。

現(xiàn)有技術中，飛秒龐加萊矢量光束的偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)需要大量波片進行 偏振態(tài)調(diào)控，調(diào)控步驟復雜，調(diào)控自由度低。

因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種飛秒龐加萊球矢 量光束的偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術中飛秒龐加萊矢量光束的偏振 態(tài)調(diào)控步驟復雜、調(diào)控自由度低的問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明第一實施例提供了一種飛秒龐加萊球矢量光束的偏振態(tài)調(diào)控系統(tǒng)， 系統(tǒng)包括：