[发明专利]一种基于柱矢量光场的激光微小频率偏移装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于柱矢量光场的激光微小频率偏移装置及方法，包括沿光线传播方向依次设置且轴线均共线的共轭螺旋相位偏振化起偏器、偏振选择性手性反转器和非偏振螺旋相位片，三者间隙或贴合设置；偏振选择性手性反转器包括沿光线传播方向依次连接的第一液晶延迟片、各向异性晶体和第二液晶延迟片；第一液晶延迟片和第二液晶延迟片的快轴为均匀排布，且分别与x轴呈夹角和夹角，X轴与光线传播方向垂直且位于水平面上，各向异性晶体沿光线传播方向的长度d为h为各向异性晶体垂直于光线传播方向的高度。实现了频率微偏功能的微小频率偏移装置。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种基于柱矢量光场的激光微小频率偏移装置及方法。

背景技术

激光具有优良的单色性和相干性，是光学检测、光学加工等领域的常用光源。频率是激光抽象为物理模型时的基本参数，在激光相关的理论计算中不可或缺。精确的频率往往可以大大提高各种应用场景和理论下的计算精确度，因此频率的精确调节和测量一直是光学领域的亟待完善的关键问题。

激光频率的调节方式大体分为腔内和腔外两大类。腔内调节即通过各种方式调整谐振腔的参数，使得不需要的波长损耗增加从而限制其输出，改变中心波长。常见的方法比如在腔内加入棱镜或者石英标准具、为腔镜引入闪耀角都可以达到调谐目的。但是一些激光器在出厂时并不便于向用户开放这类调节，因此在大多数应用领域中腔内调节方式不便展开。而且调节共振腔的长度不可避免的会连带改变激光的其它参数，甚至将激光频谱展宽，也不利于实际应用。另外一些调节方式，如石英晶振频率调节技术，通过复杂的反馈步骤才能精准气化表面电极膜层，将输出频率调整到预定数值。

相比之下，腔外调节技术具有更广泛的应用场景。常用的腔外调节方式有声光调制和电光调制两种。声光调制器的工作原理是通过超声波在介质中引入周期变化的折射率，当超声波通过介质时，介质中各点会出现周期性的弹性应变，此时介质中各点的折射率也会产生相应的疏密周期性变化，从而形成相位型光栅。工作模式下，将激光由合适的方向入射，可以得到最大衍射效率的频率随超声波变化的一级衍射光。声光调制过程会引入衍射角，继而改变光束的传播方向，衍射角随超声波频率变化，在应用中引入了传播方向的不稳定性。单台声光调制器的调节范围在10kHz以上，工作模式的系统损耗在20％左右，主要取决于光栅的衍射效率。电光调制器根据实现方法的不同分为M-Z干涉型、定向耦合型、F-P型等。其原理均为运用周期性电压改变介质折射率，进而以光程的周期性变化为光束附加周期震荡成分，实现频率调制。此类器件转化效率最高为85％，提供0.1-100MHz的共振频率。完整的电光调制器需配备专用的电压控制器来引入高频的电驱周期。

随着激光技术的发展，尤其是窄线宽激光器的技术突破，实际应用中需要一种频率调节范围小，频率稳定性高的调节方式，即频率微偏器。在高精度应用场合中，声光调制和电光调制的可调谐频率和出射功率很难满足需求，调节方式附带的展宽副作用也逐渐成为评估调谐方式的主要参数之一。频谱展宽作用明显、可调谐量过大、出射功率太小的调谐方式，在诸多微调场景下表现不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于柱矢量光场的激光微小频率偏移装置及方法，实现了频率微偏功能的微小频率偏移装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于柱矢量光场的激光微小频率偏移装置，包括沿光线传播方向依次设置且轴线均共线的共轭螺旋相位偏振化起偏器、偏振选择性手性反转器和非偏振螺旋相位片，三者间隙或贴合设置；

偏振选择性手性反转器包括沿光线传播方向依次连接的第一液晶延迟片、各向异性晶体和第二液晶延迟片；第一液晶延迟片和第二液晶延迟片的快轴为均匀排布，且分别与x轴呈夹角和夹角，X轴与光线传播方向垂直且位于水平面上，各向异性晶体沿光线传播方向的长度d为h为各向异性晶体垂直于光线传播方向的高度。

优选的，共轭螺旋相位偏振化起偏器采用各向异性晶体材料、液晶聚合物或超材料制成。