[发明专利]一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置。

背景技术

矢量光束是近年来出现的一类新型光束，与常见的偏振态均匀分布的光束(线偏振光、椭圆偏振光等)不同，它的光束横截面上的偏振态是按照一定规律分布的，具有轴对称偏振态分布的矢量光束是麦克斯韦方程组在柱坐标系下的本征解。因此也可将其称为偏振涡旋光束和轴对称偏振光束等。矢量光束在中心处的偏振态是无法确定的，即具有偏振奇点，这使得它的光强分布具有中空结构。近年来矢量光束引起人们的广泛关注，主要是因为其独特的偏振态分布以及中空强度分布。这种光束结构使其在高数值孔径透镜的聚焦下，聚焦光斑可以突破衍射极限，并且在焦点附近具有很强的纵向电场分量，因此其在高分辨率成像技术中有着广泛的应用。同时，光镊技术中使用空心结构的矢量光束会提高粒子捕获能力。矢量光束在表面等离子体波的激发与聚焦、光通信技术中具有十分广泛的应用价值。特别是光通信领域，矢量光束可携带偏振信息量，且因其具有平面波前结构，故相比于螺旋光束，矢量光束在大气湍流的传输过程中能更好的保持原有光束的特性并传输更远的距离。

目前，主要有两种生成矢量光束的方法，即腔内法和腔外转化法。典型的腔内法就是在激光谐振腔中加入某些光学元件，如轴向二向色性和轴向双折射器件等，一次来实现激光腔内的模式选择，最终以矢量光束模式振荡输出。但此种方法设备复杂，不易操作。典型的腔外转化法就是通过螺旋光束合束来生成矢量光束。该合束过程可以表示为：

12exp(ilφ)·1-i+12exp(-ilφ)·1i=coslφsinlφ;]]>

其中，l和-l表示螺旋光束的角量子数。上式表明一左旋圆偏振螺旋光束与一携带有相反轨道角动量的右旋圆偏振螺旋光束合束后可以生成矢量光束。目前，常见的合束方法是使用渥拉斯通棱镜，即两束携带有相反轨道角动量的左右旋圆偏振螺旋光束以特殊的角度射入渥拉斯通棱镜，则出射的合束光就是矢量光束。2012年北京理工大学的研究人员利用二元振幅光栅同时生成两束携带相反轨道角动量的左右旋圆偏振螺旋光束，通过傅里叶透镜会聚后经渥拉斯通棱镜合束生成矢量光束。但是该方法同时需要两束光入射，光路调节起来较为困难。随着矢量光束的应用越来越广泛，人们需要更加简单的生成装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置。只需将一束螺旋光束射入到光路系统中，其出射光即为一束矢量光束。其中，矢量光束的阶次p为入射螺旋光束的角量子数l的绝对值。矢量光束的光强分布取决于入射螺旋光束的光强分布。

本发明的一种基于泰曼格林干涉仪的偏振合成矢量光束的方法与装置，包括偏振片，分光镜，偏振分光棱镜，直角棱镜，全反镜，1/4波片。

所述偏振片以偏振方向与水平面成45°置于光路中，用于产生线偏振光，以此角度放置是为了此后被偏振分光棱镜分光后s光和p光的能量比为1:1；