[发明专利]一种基于矢量涡旋光束的正交圆偏振光的测距系统

说明书

本发明提供了一种基于矢量涡旋光束的正交圆偏振光的测距系统，其特征在于，包括角向偏振变化的矢量涡旋光束生成器，衰减片，非局域非线性介质，一个小孔径光阑，线偏振片和λ/4波片以及接收装置；所述矢量涡旋光束生成器用于生成的矢量涡旋光束，所述衰减片用于控制光束功率变化，光束经过非局域非线性介质传播，透过光阑，经过线偏振片得到得到线偏振光，线偏振光通过λ/4波片得到左旋和右旋圆偏振光，并于接收装置呈现左旋和右旋圆偏振光图像，测量左旋与右旋圆偏振光环形分布的间距。本发明可以同时产生左旋、右旋两个正交的圆偏振，并对其分布位置进行控制：通过对入射功率、拓扑荷数m,n以及液晶长度的变化，控制正交圆偏振光环形分布的间距。

技术领域

本发明涉及光电技术，偏振态的产生和分布控制，精密测量等领域，一种基于矢量涡旋光束的正交圆偏振光的测距系统。

背景技术

近年来，偏振态作为矢量光场的重要属性之一，对光波的衍射和时空演化有着重要的影响。为了发掘更多新颖的光学现象，越来越多的研究者们开始关注光场的偏振调控，因此偏振态的空间非均匀调制成为目前光学领域的一个研究热点。偏振调制的光场构成了偏振态空间变化的新型激光模式，称为矢量光场。矢量光场是指同一时刻同一波阵面上不同位置具有不同偏振态的光场，也称为偏振态非均匀分布的光场。而涡旋光束最重要的一个特性就是它具有螺旋形的相位，使它不同于普通的光束，它携带轨道角动量，而这一特性跟涡旋光束的拓扑荷数分不开。人们的目光又转向研究涡旋光束的拓扑荷数，它可以是整数，也可以是分数。对于拓扑荷数为整数的涡旋光束而言，它的光场强度呈圆对称分布，而对于拓扑荷数为分数的涡旋光束来说，它的光强跟整数情况一样，但是它会在亮环上有一个位错出现。连续螺旋状相位的光束，它的波阵面是螺旋涡状，且在中心具有一个暗核，光强为零，具有奇异性。光束还具有轨道角动量，并且绕着传播的光轴旋转进行传播，波前是螺旋状。并且非局域非线性介质在过去的几十年里因其传播性质和潜在的应用而引起了极大的兴趣。

光束在介质中传输时，会引起折射率的改变，如果介质中某点折射率的改变仅取决于该点的光强，我们就称之为局域介质。如果介质中某点折射率的改变不仅决定于该点的光强，而且还决定于其他点的光强，我们就称之为非局域介质。产生非局域非线性响应的物理机制很多，比如原子扩散，热传递，电荷漂移和分子在较大范围的相互作用等。目前已发现的两种强非局域介质：向列相液晶和铅玻璃，前者非局域来源于液晶分子的重取向，而后者非局域来源于热致非线性。

因此，借助矢量涡旋光束在强非局域非线性介质(如液晶)中传播，通过对入射功率、非局域非线性介质(如液晶)长度的变化，控制正交圆偏振光环形分布的间距，对测量左旋右旋两个正交的偏振分量的同时产生、分布位置控制具有一定的意义。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于矢量涡旋光束通过强非局域非线性介质的正交圆偏振光环形分布间距可控的测量系统。不仅可以同时生成左右旋两种正交偏振光，而且通过改变功率以及拓扑荷数m,n，可以调控左旋圆偏振与右旋圆偏振之间的距离。具有测量精度高，且结构简单，安装方便，价格低廉，适用范围广等特点。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于矢量涡旋光束的正交圆偏振光的测距系统，其特征在于，包括包括角向偏振变化的矢量涡旋光束生成器，衰减片，符合非局域非线性介质的液晶介质，一个小孔径光阑，线偏振片，λ/4波片以及接收装置；述矢量涡旋光束生成器用于生成的矢量涡旋光束，所述衰减片用于控制光束功率变化，光束经过非局域非线性介质传播，透过光阑，经过线偏振片得到得到线偏振光，线偏振光通过λ/4波片得到左旋和右旋圆偏振光，并于接收装置呈现左旋和右旋圆偏振光图像，测量左旋与右旋圆偏振光环形分布的间距；矢量涡旋光束生成器生成的角向偏振变化的矢量涡旋光束表示为：

其中A₀表示振幅，分别表示点(x,y)的极化半径和角向角度，w₀是基模高斯光束的腰斑半径，m和n分别是偏振和涡旋拓扑荷数；e_x和e_y分别是x方向和y方向上的单位向量。