[发明专利]一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置及方法

权利要求书

1.一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置，其特征在于，包括第一状态转换器(2)、对角偏振相关位移晶体(3)、第二状态转换器(4)、成像系统(11)、第三状态转换器(9)和CCD相机(10)；

待测信号入射至第一状态转换器(2)，经由第一状态转换器(2)转换后的待测信号入射至对角偏振相关位移晶体(3)，经过对角偏振相关位移晶体(3)转换后的待测信号入射至第二状态转换器(4)，经过第二状态转换器(4)转换后的待测信号入射至成像系统(11)，成像系统(11)输出的待测信号入射至第三状态转换器(9)，经过第三状态转换器(9)转换后的待测信号被CCD相机(10)接收；

所述第一状态转换器(2)包括第一竖直偏振相关位移晶体(2-1)和第一水平偏振相关位移晶体(2-2)；

第一竖直偏振相关位移晶体(2-1)：用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号竖直偏振的位移；

第一水平偏振相关位移晶体(2-2)：用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号水平偏振的位移；

所述x方向为水平方向；

所述第二状态转换器(4)包括第二竖直偏振相关位移晶体(4-1)和第二水平偏振相关位移晶体(4-2)；

第二竖直偏振相关位移晶体(4-1)：用于将入射至第二状态转换器(4)的入射光中竖直偏振分量虑除；

第二水平偏振相关位移晶体(4-2)：用于将入射至第二状态转换器(4)的入射光中水平偏振分量虑除；

所述第三状态转换器(9)包括球面傅里叶变换透镜(9-3)、水平柱面傅里叶变换透镜(9-2)和竖直柱面傅里叶变换透镜(9-1)；

球面傅里叶变换透镜(9-3)：用于对成像系统所成的像作二维傅里叶变换；

水平柱面傅里叶变换透镜(9-2)：用于对成像系统所成的像作水平方向的一维傅里叶变换，竖直方向保持原像；

竖直柱面傅里叶变换透镜(9-1)：用于对成像系统所成的像作竖直方向的一维傅里叶变换，水平方向保持原像。

2.根据权利要求1所述的一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置，其特征在于，

待测信号的波函数|Ψ>表示为空间自由度波函数|χ>及偏振自由度波函数|ψ>的直积，

即：

其中，|H>代表水平偏振基底，|V>代表竖直偏振基底，a代表待测态偏振自由度波函数向水平偏振基底投影的概率幅，b代表待测态偏振自由度波函数向竖直偏振基底投影的概率幅；

空间自由度波函数在坐标表象为高斯型

其中，ζ取x及y，x代表空间笛卡尔坐标系中的横坐标轴，y代表空间笛卡尔坐标系中的纵坐标轴，σ_ξ代表ζ方向上高斯分布的标准差，原点为激光器(A1)的光斑中心。

3.根据权利要求2所述的一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置，其特征在于，

通过第一竖直偏振相关位移晶体(2-1)后的待测信号的波函数为：

其中，用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号水平偏振的位移为δx1，χx代表待测信号空间自由度波函数x分量在坐标表象下的波函数，χ_y代表待测信号空间自由度波函数y分量在坐标表象下的波函数；

通过第一水平偏振相关位移晶体(2-2)后的待测信号的波函数为：

其中，用于将入射的待测信号的光斑中心在x方向上产生一个与入射待测信号竖直偏振的为δ_x2。

4.根据权利要求3所述的一种光子偏振态密度矩阵的直接测量装置，其特征在于，对角偏振相关位移晶体(3)将入射光的光斑中心在y方向上产生一个与对角偏振相关的位移δ_y；

当第一竖直偏振相关位移晶体(2-1)接入光路时，通过对角偏振相关位移晶体(3)后的待测信号波函数为：

其中，

当第一水平偏振相关位移晶体(2-2)接入光路时，通过对角偏振相关位移晶体(3)后的待测信号波函数为：