[发明专利]一种产生柱矢量光束的装置及方法

权利要求书

1.一种产生柱矢量光束的装置，其特征在于，依次包括激光器、扩束镜、光阑、起偏器、空间光调制器或复数滤波器、检偏器、傅里叶变换透镜、小孔光阑、傅里叶变换透镜、相位延迟器、以及干涉系统，激光器输出光束经过扩束镜和光阑整形和扩束后再经过起偏器变成线偏振光，光束进入空间光调制器或复数滤波器，光束经过检偏器，形成阵列，经过由一对傅里叶变换透镜和小孔光阑组成4f系统，光束加入相位延迟器进行相位调制，得到光束经干涉系统合成柱矢量光束。

2.根据权利要求1所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述干涉系统至少包括：半透半反镜、平面反射镜、转像系统、相位板、二分之一波片、偏振合光镜。

3.根据权利要求2所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述半透半反镜为平板或棱镜。

4.根据权利要求2所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述偏振合光镜为棱镜或平板。

5.根据权利要求1所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述激光器为单模基横模激光器。

6.根据权利要求1所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述扩束镜为开普勒扩束镜或伽利略扩束镜。

7.根据权利要求1所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述空间光调制器为透射式空间光调制器，位于第一个傅里叶变换透镜的前焦面上。

8.根据权利要求1所述产生柱矢量光束的装置，其特征在于，所述傅里叶变换透镜至少为两个，且两透镜同光轴放置，第二个透镜的前焦面与第一个透镜的后焦面重合。

9.一种产生柱矢量光束的方法，包括产生柱矢量光束的装置，其特征在于，包括如下具体步骤：

1)TEM₀₀模光束为输入光束：假设输入函数为高斯函数：g(x，y)＝exp[-(x²+y²)/w²]则TEM₀₀模的光束表达式为：

2)利用空间光调制器及光学元件对其抽样：对输入场g(x，y)进行抽样，则抽样函数为：其中为空间光调制器的振幅调制作用或复数滤波器的作用；则抽样函数的频谱为

Gs(fx,fy)=F{xwcomb(x/X)comb(y/Y)g(x,y)}]]>

=1w(1-j2π)δ(1,0)(fx,fy)*F[comb(x/X)comb(y/Y)g(x,y)]]]>

=1w(1-j2π)δ(1,0)(fx,fy)*[Σn=-∞∞Σm=-∞∞G(fx-nX,fy-nY)]]]>

=1w(1-j2π)Σn=-∞∞Σm=-∞∞G(1,0)(fx-nX,fy-nY)]]>

3)进行傅里叶变换：输入场g(x，y)的频谱：那么进行反傅里叶变换得TEM₁₀模的光束频谱为：同理可得到TEM₀₁模的光束频谱；

4)经过干涉仪系统，最后合成所需要的柱矢量光束：设两个输入光为同相位，

E(x)(r,θ)=E0ρexp(-ρ/2)cos(θ),]]>

E(y)(r,θ)=E0ρexp(-ρ/2)sin(θ),]]>

式中，r和θ表示极坐标系，E₀为振幅，w为高斯光束腰斑半径，ρ＝2r²/w²，进行简单的矢量相加减得：

方位角偏振光：

径向偏振光：