[发明专利]一种基于矢量光场的单发偏振分辨光谱装置及方法

说明书

本发明提出一种基于矢量光场的单发偏振分辨光谱装置及方法，所述装置包括激光器、第一半波片、第一偏振分光立方体、第一反射镜、第二半波片、第二偏振分光立方体、第三半波片、第二反射镜、第四半波片、第三反射镜、第四反射镜、涡旋半波片、第三偏振分光立方体、聚焦透镜、原子分子蒸汽吸收室和成像装置。本发明通过创新设计用于单发偏振分辨光谱的光路结构，使得基于同一激光源同时产生泵浦激光束和探测激光束，并基于同一激光源同时产生具有多种偏振态的探测激光束，实现了单光源多偏振态光束输出，可应用于非线性分子取向标定，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于非线性光学应用领域，具体涉及一种基于矢量光场的单发偏振分 辨光谱装置及单发偏振分辨光谱方法，更具体的设计一种基于矢量光场的用于单 发偏振分辨的光路结构及其光路调节方法。

背景技术

激光由于其亮度高、方向性好、单色性好、相干性好的特点在医学诊断和治疗 中发挥着越来越重要的作用。由于生物分子大都是极性分子，因此在偏振激光作用 下构成生物组织的分子的排列取向和结构会发生变化，进而影响组织生长和细胞演 化的每一个进程，加速了细胞再生和组织生长。通过改变入射光的偏振状态并检测 辐射光(非线性光学信号)的偏振和强度，即可探测出分子的取向。现有技术中对 某一非线性介质分子取向的光谱分辨是通过让不同偏振态的探测光入射到该非 线性介质中，并检测其基于四波混频效应产生的信号光的对应偏振方向和强度 来分辨该非线性介质，一种非线性介质的光谱分辨需要同时基于多个不同偏振 态探测光的四波混频信号进行分辨。现有技术中，在进行非线性分子取向光谱 分辨检测时，对于其中多束不同偏振态探测光的获得方式都是通过更换不同的 探测光源来实现的，这种探测光源的频繁更换会造成检测精度无法保证且操作 十分不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有多光源偏振分辨非线性光谱的问 题，提供一种基于矢量光场的单发偏振分辨光谱装置及方法，通过创新设计用于 单发偏振分辨光谱的光路结构，使得基于同一激光源同时产生泵浦激光束和探 测激光束，并基于同一激光源同时产生具有多种偏振态的探测激光束，实现了 单光源多偏振态光束(单发偏振)输出，可应用于非线性分子取向标定，具有 广阔应用前景。

为解决上述需要，本发明采用的技术方案如下：

一种基于矢量光场的单发偏振分辨光谱装置，包括：激光器1、第一半波片2、 第一偏振分光立方体3、第一反射镜4、第二半波片5、第二偏振分光立方体6、第 三半波片7、第二反射镜8、第四半波片9、第三反射镜10、第四反射镜11、涡旋 半波片12、第三偏振分光立方体13、聚焦透镜14、原子分子蒸汽吸收室15和成像 装置16；其中由所述激光器1和第一半波片2组成光源单元，用于产生激光束；由 所述第一偏振分光立方体3、第一反射镜4和涡旋半波片12组成探测光路单元，用 于产生探测激光束；由所述第一偏振分光立方体3、第二半波片5、第二偏振分光立 方体6、第三半波片7、第二反射镜8和第三偏振分光立方体13组成第一泵浦光路 单元，用于产生第一泵浦激光束；由所述第二偏振分光立方体6、第四半波片9、第 三反射镜10、第四反射镜11和第三偏振分光立方体13组成第二泵浦光路单元，用 于产生第二泵浦激光束；由所述聚焦透镜14、原子分子蒸汽吸收室15和成像装置 16组成四波混频信号产生单元，所述探测激光束、第一泵浦激光束和第二泵浦激光 束在所述四波混频信号产生单元中产生四波混频信号。

进一步的根据本发明所述的单发偏振分辨光谱装置，其中入射到所述原子分子蒸汽吸收室15中的第一泵浦激光束和第二泵浦激光束具有竖直偏振态；所述探测激 光束为包含多个偏振方向的径向矢量光场，所述探测激光束的偏振态可通过偏振片 进行调节，且对应于探测激光束的不同偏振态，所述原子分子蒸汽吸收室15产生能 够标定其内部非线性介质分子取向的对应四波混频信号。

进一步的根据本发明所述的单发偏振分辨光谱装置，其中所述光源单元中的激光器1为飞秒脉冲钛宝石激光器，输出的激光束为线偏振态的高斯激光束，输出的 激光中心波长处于原子分子蒸汽吸收室15的吸收波长处。