[发明专利]螺旋偏振光场的偏振参数检测系统

说明书

本发明涉及一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，包括被检测光束导入模块、由光场振幅调制模块和光场波前相位调制模块组成的光场调制环节、光场分析模块、光场聚焦特性分析模块、偏振参数提取输出模块，将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，将调控过的螺旋偏振光场经过光学系统进行聚焦，利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值，本发明具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。

技术领域

本发明涉及一种偏振参数检测系统，特别是一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，主要应用在光电检测、光学显微、光学微操纵、光通信、智慧感知、分析技术、光磁技术、生命医疗、生物技术、健康检测、人机交互、智能控制、行为组织等领域中的螺旋偏振光场的偏振参数检测。

背景技术

随着光学技术的发展，光源的偏振态除了线偏振、椭圆偏振(圆偏振)外，还出现了方位角偏振(azimuthally polarized)、径向偏振(radially polarized)和圆偏振涡旋光束(circularly polarized vortex beam)、螺旋偏振(spiral polarized)等特殊偏振光束。这些不同偏振光的聚焦特性各不相同，有着各自独特的优点及用途。例如，方位角偏振光经过透镜聚焦后，在像空间只有方位角偏振光，无径向偏振分量和轴向分量；径向偏振光经过透镜聚焦后，在像空间只有径向偏振和轴向分量，无方位角偏振分量，且能够在焦点附近产生极大的轴向分量；涡旋光束则可以有效地用于微粒子的控制。螺旋偏振光束具有十分广阔应用场景，在光电检测、光学显微、光学微操纵、光通信、智慧感知、分析技术、光磁技术、生命医疗、生物技术、健康检测、人机交互、智能控制、行为组织等领域中，光学系统设计和实现考虑螺旋偏振的影响，将能够更有效地提高应用所需特性，螺旋偏振光场偏振参数的确定是充分利用开发螺旋偏振光场前提条件，偏振参数测试至关重要。

在先技术中，存在偏振参数检测方法，广泛存在光学课本和实际光电系统中，基本检测原理就是被检测光场经过偏振分光镜进行分光，两个正交偏振态分量分离成两个光路，在两个不同偏振态分量光束上分别设置有光电传感器，根据两个光电传感器的光电信息计算推导出偏振参数，可以参见美国专利中的偏振参数检测部分，专利名称为Atomicmagnetometer,专利号为US8212556B1，专利授权时间为2012年07月03日。在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足：1)本检测方法原理上是对偏振光场进行不同偏振分量的光场分束，光电检测不同分量光场强度信息进行推算偏振参数的偏振角检测，适合检测线偏振光的偏振方向，原理上无法实现螺旋偏振光场的偏振参数检测；2)检测装置检测灵敏度受限于偏振分光镜和光强光电传感元件，通过不同光场分量进行偏振特性检测，机理上影响检测灵敏度；3)检测针对空间偏振态的偏振转换进行测量，本质上是空间局部偏振状态，无法检测给出对偏振整体表述时体现出来的偏振态表达式中的物理参数；4)偏振态检测技术的灵活性有限，功能不易扩充，受到非偏振态参数影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，该系统具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。