[发明专利]一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，所述装置包括：用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；本发明的合成柱矢量光的左旋和右旋圆偏振涡旋光分别由两个涡旋光产生装置产生，通过调制加载在这两个涡旋光产生装置上的相位图之间的相位差就可以得到任意偏振态的柱矢量光，具有光路简单合理，可重复性强的特点，整个装置只需要一束光就可以实现柱矢量光的产生，能量利用率高，产生的光束更稳定、质量更高。

技术领域

本发明涉及信息光学技术领域，尤其涉及的是一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法。

背景技术

偏振是光的一种基本特性，包括均匀偏振和非均匀偏振两种偏振态，其中均匀偏振光包括常见的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，他们最大的一个共同点是光束横截面上各点的偏振态相同。偏振空间分布不均匀的非均匀偏振光也被称作矢量光，独特的偏振特性使得矢量光在近几年受到了人们的广泛关注，其中偏振呈轴对称分布的柱矢量光束格外引人注目，并且在粒子捕获、超分辨成像和通信等领域具有许多重要的应用。为了更形象、具体的描述光场的偏振态，庞加莱于1892年提出了庞加莱球这一概念，传统庞加莱球上每一点都对应一种均匀偏振态，而高阶庞加莱球可以用来描述柱矢量光的偏振态。高阶庞加莱赤道对应线偏振柱矢量光，两极对应圆偏振柱矢量光，而球上其余地方则对应不同状态的椭圆偏振柱矢量光。研究表明，柱矢量光具有很好的传输可靠性，在应用于通信时，可以在少模光纤(少模光纤是一种纤芯面积足够大、足以利用几个独立的空间模式传输并行数据流的光纤)中传输，并且同时维持良好的传输特性。柱矢量光在应用于不同领域时，首先要解决的就是产生问题，然而，目前缺乏可以直接产生高阶庞加莱球上任意偏振态的柱矢量光的有效装置，这使得柱矢量光在实际应用中有很大的局限性。

近年来，许多产生柱矢量光的方法已经被提出，包括激光谐振腔法，超表面转换法和相干合成法，其中激光谐振腔法需要特定的光学元件来改变模式，超表面转换法可以有效地生成柱矢量光，但难以自由的调控偏振态。由于研究人员已经证实柱矢量光可以分解为左旋和右旋圆偏振状态的两个涡旋光的叠加，因此相干合成法似乎是生成任意偏振态柱矢量光的最实用的方法。许多研究也已经使用了这种方法生成柱矢量光，例如Mach-Zehnder干涉方法，空间光调制器调制方法，以及数字微镜器件调制法。这些方法在生成柱矢量光方面各有优势，但仍存在一些不可避免的缺点，其中大多数方法采用了光束分离调制和光束重组，这很难确保所产生的柱矢量光的稳定性和灵活性，而且这些实验系统复杂，可重复性也相当困难。

因此，针对上述缺陷，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置及方法，实现了在高阶庞加莱球上生成具有任意偏振态的柱矢量光，通过在线性偏振输入光的水平和垂直这两个正交偏振方向上加载空间螺旋相位，获得正交偏振态的两个涡旋光；通过四分之一波片后，涡旋光的线性偏振态被转换为圆偏振，左旋和右旋涡旋光叠加后就可以生成柱矢量光；本发明不仅可以通过调控这两个正交涡旋光束之间的相位差，实现高阶庞加莱球赤道上的柱矢量光的任意旋转，还可以实现高阶庞加莱球两极上柱矢量光的产生；由于整个装置操作过程中仅需要一束光，因此产生的柱矢量光的稳定性大大提高，不需要进行光束分离调制和光束重组也使得整个系统非常简单和可重复性强。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置，其中，所述基于正交偏振调制的任意柱矢量光产生装置包括：

用于产生满足需求的线偏振入射光的线偏振光产生模块；

用于对线偏振入射光进行正交偏振调制以得到任意偏振态的柱矢量光的正交偏振调制模块；

用于对得到的柱矢量光进行探测的光强探测模块；