[发明专利]一种调控光场偏振态分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光场偏振态分布领域，具体涉及一种调控光场偏振态分布的方法。

背景技术

偏振作为光场的一个基本而重要的属性，在光与物质相互作用中起到非常重要的作用。通常光场的横向截面上偏振态是均匀分布的，如线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。近十年来，随着微纳制备技术的逐渐成熟和光场调控技术的日渐丰富，研究者生成了其光场截面上偏振态非均匀分布的一种特殊光场，称之为矢量光场[Q.Zhan,“Cylindrical vector beams:from mathematical concepts to applications,”Adv.Opt.Photon.1,1-57(2009)]。

随着对矢量光场研究的不断深入，人们广泛研究了矢量光场的生成方法、传播特性、焦场工程、技术应用。矢量光场被应用于纳光子学、量子光学、非线性光学、原子光学等各个领域。矢量光场之所以会有这么多特殊的性质以及应用，很大程度上是因为其特殊的偏振态分布。独特的偏振态分布在光学诱捕、光学微加工、光学微操纵等方面显示出了广阔的应用。

近年来对于偏振态调控研究者提出了各种方法[如X.L.Wang et.al.,“Unveiling locally linearly polarized vector fields with broken axial symmetry,”Phys.Rev.A 83,063813(2011)；H.Chen et.al.,“Separation of spin angular momentum in space-variant linearly polarized beam,”Appl.Phys.B 114,355-359(2014)]。然而这些方法，大多需要复杂的光路和大量的光学元件，极大地降低了可操作性，影响了调控的效果。

设计一种简单的调控方法，成为了现有技术发展的方向。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中光场偏振态的调控方法光路复杂，光学器件众多的问题，本发明提供一种调控光场偏振态分布的方法，通过简单的光路和器件对光场偏振态进行调控，解决了现有技术的不足。

技术方案：一种调控光场偏振态分布的方法，其特征在于，包括一组透镜、空间光调制器、控制器、波片、光栅、光束分析仪和控制器；

一组透镜包括凹透镜、前置凸透镜和后置凸透镜；

当入射激光束依次经过凹透镜和凸透镜，准直扩束成线偏振光束，该线偏振光束入射至空间光转换器；控制器在空间光转换器上投影全息图，所述全息图加载着相位信息和形状信息；空间光转换器将以上信息加载到光束上；通过空间光转换器后的线偏振光束依次通过波片和光栅，生成矢量光场，该矢量光场为局域线偏振光场；该局域线偏振光场经过后置凸透镜聚焦，获得偏振态任意分布的聚焦光场；定义该聚焦光场为焦场，在焦场处对光场的偏振态进行调控；光束分析仪分析该光场焦点处的光强。

具体的，线偏振光束的光斑大小与空间光转换器工作窗口匹配。以生成高质量的特殊形状矢量光束，提高光束调制的效率。

具体的，在焦场处对光场的偏振态进行调控时，将局域线偏振光转化为同时具有局域线偏振、圆偏振和椭圆偏振分布的杂化偏振光场。

有益效果：

(1)本发明对偏振态分布进行调控，能够根据需求得到偏振态任意分布的聚焦光场。通过细致的设计和调节，可以对各个点的偏振态做到精确的控制；

(2)本发明只需对矢量光场的形状进行改变，就能在透镜焦平面处达到调控偏振态的效果，操作简单，也利于光场集成；

(3)本发明适用于任意偏振态分布的矢量光场，应用范围广泛；

(4)本发明只需对空间光调制器所投影的全息图加载形状信息，无需冗长的步骤和复杂的光路。技术成熟，步骤简单，稳定性强。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图

图2为本发明特殊形状矢量场光强图

图3为本发明焦点处的光强以及经过不同取向偏振片后焦点处的光强

图4为本发明焦平面处的偏振态的分布图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种调控光场偏振态分布的方法，其特征在于，包括一组透镜、空间光调制器4、控制器5、波片6、光栅7、光束分析仪9和控制器5；

一组透镜包括凹透镜2、前置凸透镜3和后置凸透镜8；