[发明专利]一种基于光学几何变换的矢量光测量装置

说明书

本发明涉及矢量光测量的技术领域，更具体地，涉及一种基于光学几何变换的矢量光测量装置。包括测量器件主体、光功率计；单模光纤在测量器件主体的一端，并可用光功率计直接读取单模光纤输出光功率。测量器主体是一个集成的光学自由曲面器件，它包括液晶偏振光栅、光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区，并包含两个完全对称的部分。光学几何变换区，相位补偿聚焦区和光束整形区三者之间间隔完全相等。本发明所述器件具有低损耗、灵活性高、使用方便等优点，可被广泛应用于矢量光测量，编码通信等领域。

技术领域

本发明涉及矢量光测量的技术领域，更具体地，涉及一种基于光学几何变换的矢量光测量装置。

背景技术

矢量光，是偏振态在空间每点有变化的空间模式。矢量光由于其独特的聚焦性质、偏振特性和拓扑结构等特点，因此其在光学微粒操纵、光学成像、光通信、光存储及光传感等领域都具有重要研究价值，尤其作为模式复用的方式在光通信领域具有极大的潜力。最引人注目的是，称之为矢量涡旋光的矢量光。

矢量涡旋光，通常也称为柱矢量光（CVB）或柱矢量模，其偏振拓扑阶数可以定义为360°偏振态沿着方位轴变化的重复次数，其符号表示偏振的旋转方向。

频分和波分复用技术是目前主流光通信复用技术，随着现有通信容量和带宽瓶颈，人们需要一种新型的复用技术。而由于矢量光是光纤中的本征模式，且不同偏振态的矢量光彼此正交，所以矢量光复用可极大提升光通信容量。另外，利用矢量涡旋光的偏振拓扑阶数的无限性，矢量光也可用于编码通信。

但是，怎样判断测量矢量涡旋光的偏振拓扑阶数还是一个难题，阻碍了矢量涡旋光的进一步发展应用。

目前，对矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量方法比较少。2015年，Milione等人利用q玻片进行测量，但这种方法只能测量一次测量一个矢量涡旋光，且比较复杂。2015年，Moreno等人主要利用涡流传感衍射光栅进行测量，但是这种测量方法测量的矢量涡旋光仅限于特定几种，且损耗较大，不利于实际通信系统的应用。

为了能够提高测量的精确度和测量范围，可考虑将光学几何变换方法引入到矢量涡旋光偏振拓扑阶数的测量中。由于矢量涡旋光可看做是两束带相反拓扑荷的左右旋涡旋光的叠加，因此可将矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量问题转化为涡旋光拓扑荷的测量问题。而2010年Berkhout等人提出可将一种基于笛卡尔—极坐标的光学几何变换方法用于涡旋光拓扑荷的测量。通过光学几何变换，可将涡旋光展开成带有相位梯度的倾斜平面波，经过透镜的聚焦，不同拓扑荷的涡旋光会聚焦到不同的横向位置，从而实现高效的分离。理论上，光学几何变换没有能量损失，除了光学器件造成的损耗外没有其他能量损失，因此光学几何变换具有损耗低的优点。通过对左右旋两路涡旋光的测量，即可得知矢量涡旋光偏振拓扑阶数。考虑到简便性和波长普适性，可基于上述方法加工集成光学器件，更好地应用在实际测量中。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，采用飞秒激光器改变材料晶轴和折射率分布的方法制作一个集成光学器件，用于实现较为简便的矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量。

本发明的技术方案是：一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其中，包括测量器件主体，单模光纤、光功率计，所述单模光纤在测量器件主体的一端，光功率计可与单模光纤相连，并可直接读取单模光纤输出光功率；所述测量器件主体是一个集成光学器件，它包括液晶偏振光栅，光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区；光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区为等间距分布。

进一步的，所述的测量器件主体中液晶偏振光栅由液晶制作，光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区由玻璃、陶瓷、晶体及有机聚合物透明材料制作。