[发明专利]一种矢量光束的产生及动态调控装置及方法

权利要求书

1.一种矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，包括沿光路依次设计的：

激光光源，用于产生线偏振高斯光束；

功率调节模块，用于对所述线偏振高斯光束进行起偏和能量调节，并转变成按预设方向偏振的偏振方向固定的线偏振高斯光束；

扩束准直模块，用于对所述偏振方向固定的线偏振高斯光束进行扩束和准直处理，转变成准直的入射线偏振高斯光束；以及，

光束调制模块，包括液晶相位延迟器和非均匀偏振转换器，所述液晶相位延迟器用于对所述入射线偏振高斯光束的水平分量进行调制，以将所述入射线偏振高斯光束调制为一般椭圆偏振高斯光束，所述非均匀偏振转换器用于对所述一般椭圆偏振高斯光束进行调制，以将所述一般椭圆偏振高斯光束调制为高阶庞加莱球光束或杂化偏振矢量光束；

所述光束调制模块还包括位于所述扩束准直模块和所述液晶相位延迟器之间的光路上的第二波片，以及位于所述液晶相位延迟器和所述非均匀偏振转换器之间的光路上的第三波片；

所述第二波片为半波片，用于调制入射至所述液晶相位延迟器的所述入射线偏振高斯光束的偏振方向；

所述第三波片为半波片，用于改变所述一般椭圆偏振高斯光束的长轴方向与所述非均匀偏振转换器的相对角度。

2.如权利要求1所述的矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，所述功率调节模块包括依次沿光路设计的第一波片和偏振分束器；

所述第一波片为半波片，所述偏振分束器为激光格兰棱镜。

3.如权利要求2所述的矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，所述扩束准直模块包括沿光路依次设计的第一透镜和第二透镜。

4.如权利要求3所述的矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，所述液晶相位延迟器包括反射式空间光调制器或透射式空间光调制器，所述非均匀偏振转换器包括S-波片偏振转换器或者液晶q波片。

5.如权利要求4所述的矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，在所述扩束准直模块和所述光束调制模块之间设有反射件，所述反射件用于改变所述入射线偏振高斯光束的传播方向。

6.如权利要求1至5任一项所述的矢量光束的产生及动态调控装置，其特征在于，所述矢量光束的产生及动态调控装置还包括测量模块，所述测量模块用于对所述高阶庞加莱球光束或所述杂化偏振矢量光束进行验证；

所述测量模块包括沿光路依次设计的第四波片、偏振片以及光束探测仪。

7.一种矢量光束的产生及动态调控方法，其特征在于，使用如权利要求1至6任意一项所述的矢量光束的产生及动态调控装置完成，包括激光光源、功率调节模块、扩束准直模块以及光束调制模块，所述光束调制模块包括液晶相位延迟器和非均匀偏振转换器，所述矢量光束的产生及动态调控方法包括以下步骤：

S10、所述激光光源产生线偏振高斯光束；

S20、所述偏振高斯光束经所述功率调节模块进行起偏和功率调整后，转变成按预设方向偏振的偏振方向固定的线偏振高斯光束；

S30、所述偏振方向固定的线偏振高斯光束经所述扩束准直模块进行扩束和准直处理后，转变成准直的入射线偏振高斯光束；

S40、所述液晶相位延迟器对预设角度的入射线偏振高斯光束的水平分量进行逐像素地调制，输出为一般椭圆偏振高斯光束；

S50、所述一般椭圆偏振高斯光束经所述非均匀偏振转换器调制后转变为高阶庞加莱球光束或杂化偏振矢量光束；

S60、通过对所述液晶相位延迟器加载的相位全息图的动态改变，实现对所述高阶庞加莱球光束或所述杂化偏振矢量光束的动态调控。

8.如权利要求7所述的矢量光束的产生及动态调控方法，其特征在于，所述光束调制模块还包括第二波片和第三波片，所述步骤S40之前包括步骤：

S31、使用所述第二波片将所述入射线偏振高斯光束的偏振方向调制成入射至所述液晶相位延迟器的预设角度，以改变x，y方向偏振分量的比例；

所述步骤S40之后包括步骤：

S41、使用所述第三波片改变所述一般椭圆偏振高斯光束的长轴方向。

9.如权利要求8所述的矢量光束的产生及动态调控方法，其特征在于，所述步骤S60包括以下步骤：

S61、通过动态改变加载在所述液晶相位延迟器上的相位全息图，提供不同的相位延迟，实现对所述高阶庞加莱球光束的在高阶庞加莱球上一个经线圈闭环上偏振态的动态调控；

S62、通过动态改变所述一般椭圆偏振高斯光束的长轴方向与所述非均匀偏振转换器的相对角度，实现对所述高阶庞加莱球光束的在高阶庞加莱球上其他经线圈上的矢量偏振态的动态调控；

或者，步骤S60包括以下步骤：

通过在非均匀偏振转换器上动态加载预设的非均匀相位掩膜全息图实现对所述杂化偏振矢量光束的动态调控。