[发明专利]一种基于单偏振调制器件的厄米-高斯模式分束器

说明书

本发明公开了一种基于单偏振调制器件的厄米‑高斯模式分束器，包括单偏振相位转换器和共路径偏振干涉系统：单偏振相位转换器由两个单偏振柱状透镜组成，其只对正交偏振态的其中一种进行相位调制。两个单偏振柱状透镜平面相对，共轴放置，由透镜曲面的状态可分水平和竖直两种摆放方式，透镜之间的距离满足d＝2sin(θ/2)f；共路径偏振干涉系统是用两种正交偏振基底代替传统干涉仪的两条路径，出口处用偏振投影代替路径合束。通过改变单偏振相位转换器的相位值及其摆放方式，使两种偏振成分之间产生与厄米‑高斯模式水平或竖直参数直接相关的相位差，再借助共路径偏振干涉系统使得不同的输入的模式最终从不同的通道出现，实现对HG模式的区分的目的。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于单偏振调制器件的厄米-高斯模式分束器。

背景技术

厄米-高斯(HG)模式和拉盖尔-高斯(LG)模式是光学技术领域应用十分广泛的两种激光横向模式，但实际中要利用它们去进行研究，就必须具备可以将其各自的不同模式有效区分的能力。为了达到这一目的，研究者们开始构建各式各样的此种装置，即模式分束器。目前，LG模式分束器技术较为成熟，但HG模式分束器研究结果还是很少。

现有的对HG模的区分工作主要有两种，第一种是基于Mach-Zehnder干涉仪这一类路径干涉仪的方案，这种方法中干涉仪的实用性和稳定性极大地限制了所能区分的HG模的数量和实验的质量。另一种方案还很不成熟，基本原理是将HG光转变为LG光，再通过联合LG模式的区分方法来完成对其分束的目的，所以这种HG模式分束器结构繁复庞杂，并不实用。至今，尚无一种可以直接完美适用于HG模式的分束器。因此，建立一个效率高且稳定性好的分束器，低串扰的分离HG模式是非常有研究价值的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单偏振调制器件的厄米-高斯模式分束器。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于单偏振调制器件的厄米-高斯模式分束器，包括单偏振相位转换器和共路径偏振干涉系统两部分；单偏振相位转换器由两个单偏振柱状透镜组成，其对两种正交偏振态的其中一种有柱状透镜的相位调制作用，对另一种没有任何作用，根据透镜曲面所处的状态，分为水平和竖直两种摆放方式；两个单偏振柱状透镜平面相对，共轴放置，两者之间的距离d满足d＝2sin(θ/2)f，其中，θ为该相位转换器在两种偏振成分之间引入的相位值，取值范围为[0,π]，f为单偏振柱状透镜的焦距；

共路径偏振干涉系统是利用水平与垂直偏振或者左旋圆偏振与右旋圆偏振两种正交偏振基底来代替传统干涉仪的两条路径，在出口用偏振投影代替固有的路径合束，搭建成一个紧凑的、鲁棒的干涉仪。

本发明进一步的改进在于，两种正交偏振态为水平偏振和竖直偏振。

本发明进一步的改进在于，两种正交偏振态为左旋圆偏振和右旋圆偏振。

本发明进一步的改进在于，HG模式分束器的基本原理为：使入射的HG光包含两种正交的偏振基底，其中一种偏振成分经过相位转换器进行调制，而另一种不经过相位转换器，在共路径偏振干涉系统的出口处重新合并在一起成为新的偏振态；当相位转换器为水平摆放方式时，水平模式参数m值不同的HG模式经过后将引入的相位值大小为(m+1/2)θ，即实现在两种偏振成分之间引入与水平参数m相关的相位差；当θ＝π时，调节两种偏振成分之间的几何相位差，使得模式参数m为偶数或奇数的HG模式，两种偏振之间总相位差分别变为π或2π，最终被分离到不同的通道，实现将不同水平参数m值的厄米-高斯模式分束的效果；同样的，相位转换器改为竖直摆放方式时，实现将不同竖直参数n值的HG模式的区分。

本发明进一步的改进在于，通过改变相位转换器所引入的相位值及两个柱状透镜的摆放方式，使得两种偏振成分之间相对应的产生与厄米-高斯模式水平参数m或竖直参数n直接相关的不同的相位差，接着借助共路径偏振干涉系统使得输入的模式最终在不同的通道出现，从而实现对HG模式的区分的目的。