[发明专利]一种产生矢量涡旋光束的方法和装置

权利要求书

1.一种产生矢量涡旋光束的装置，其特征是，该装置中激光器(1)、扩束镜(2)、针孔(3)、准直镜(4)、孔径光阑(5)、起偏器(6)、消偏振分束器(7)和反射式纯位相液晶空间光调制器(8)依次同轴设置，PC控制端(9)与反射式纯位相液晶空间光调制器(8)相连；1/4波片(10)、径向偏振器(11)、偏振旋转器(12)、会聚镜(13)和CCD相机(14)与消偏振分束器(7)的入射光轴垂直的方向同轴设置；

激光器(1)出射的激光光束经扩束镜(2)和准直镜(4)后准直扩束，在扩束镜(2)和准直镜(4)的之间焦点位置设置针孔(3)，对激光光束滤波；

准直扩束后经过孔径光阑(5)选择入射光束直径，光束再正入射到起偏器(6)，产生的线偏振光入射到消偏振分束器(7)，经过消偏振分束器(7)透射的线偏振光到达反射式纯位相液晶空间光调制器(8)的作用窗口，通过PC控制端(9)加载灰度图对线偏振光进行位相调制，获得相应的涡旋光束；

反射式纯位相液晶空间光调制器(8)出射涡旋光，涡旋光经过消偏振分束器(7)后光路反射，反射光经过1/4波片(10)后变为圆偏振光入射到径向偏振器(11)，产生径向偏振涡旋光束；

径向偏振涡旋光束再经过偏振旋转器(12)获得所需要的矢量涡旋光束；

矢量涡旋光束经过会聚镜(13)，对矢量涡旋光束进行聚焦到达CCD相机(14)上，形成中空圆环状的光强分布。

2.根据权利要求1所述的一种产生矢量涡旋光束的装置，其特征在于，所述的消偏振分束器(7)是一种将入射光束分为两支相互垂直传播的出射光束，且不改变入射光束的偏振态，消偏振分束器(7)的分光比为1:1。

3.根据权利要求1所述的一种产生矢量涡旋光束的装置，其特征在于，所述的反射式纯位相液晶空间光调制器(8)的有效液晶尺寸大于等于入射平行光束的直径，且所述的起偏器(6)的出射偏振态与反射式纯位相液晶空间光调制器(8)所要求的入射光束偏振态相一致。

4.根据权利要求1所述的一种产生矢量涡旋光束的装置，其特征在于，所述的径向偏振器(11)是将偏振空间均匀分布的入射光束转换为偏振空间非均匀分布的矢量光束，且采用准直圆偏振光作为入射光束。

5.根据权利要求1所述的一种产生矢量涡旋光束的装置，其特征在于，所述的偏振旋转器(12)是由第一1/2波片(12-1)和第二1/2波片(12-2)组成；通过改变两个1/2波片的快轴之间的夹角实现对光束偏振方向进行对应的旋转，可实现径向偏振矢量光束与角向偏振涡旋光束或广义矢量涡旋光束之间的连续转换。

6.产生矢量涡旋光束的方法，其特征是，该方法包括如下步骤：

步骤一，激光器(1)出射的激光光束经扩束镜(2)和准直镜(4)后准直扩束，在扩束镜(2)和准直镜(4)的之间焦点位置设置针孔(3)，对激光光束滤波；准直扩束后的光束经过孔径光阑(5)选择入射光束直径，光束再正入射到起偏器(6)，其透射光将获得水平线偏振光；

步骤二，步骤一中产生的线偏振光入射到消偏振分束器(7)，经过消偏振分束器(7)的透射光仍为线偏振光，到达反射式纯位相液晶空间光调制器(8)的作用窗口，正入射到反射式纯位相液晶空间光调制器(8)进行位相调制；

步骤三，通过PC控制端(9)将加载位相调制灰度图到反射式纯位相液晶空间光调制器(8)，根据灰度值与位相之间的对应关系，对入射的水平线偏振光进行相应的位相调制，经反射式纯位相液晶空间光调制器(8)调制后，获得所需要的涡旋光束；

步骤四，调制后获得的涡旋光束，经过消偏振分束器(7)发生反射，将光路折转90°，再经过1/4波片(10)对光束偏振态进行作用，将线偏振光转换为圆偏振光；

步骤五，圆偏振光入射到径向偏振器(11)，出射产生径向偏振矢量涡旋光束；

步骤六，上述所得径向偏振矢量涡旋光束经过偏振旋转器(12)，通过调整其中的第一1/2波片(12-1)和第二1/2波片(12-2)快轴之间的夹角大小，对径向偏振矢量涡旋光束进行偏振方向调制，获得最终所需要的矢量涡旋光束；

步骤七，产生的矢量涡旋光束经过会聚镜(13)聚焦到达CCD相机(14)，在光敏面上得到矢量涡旋光束所具有的中空圆环状光强分布。