[发明专利]一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置

权利要求书

1.一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，包括空间光调制器(1)、第一透镜(2)、强度控制器(3)、空间滤波器(5)、偏振控制器(6)、第二透镜(8)和朗奇光栅(9)组成，其特征在于，所述空间光调制器(1)位于所述第一透镜(2)的前焦面，所述空间滤波器(5)与所述空间光调制器(1)对应设置，其位于所述第一透镜(2)与所述第二透镜(8)之间，同时其也位于所述第一透镜(2)的一倍焦距处，所述朗奇光栅(9)位于所述第二透镜(8)的后焦面位置，一对所述强度控制器(3)位于所述第一透镜(2)与所述空间滤波器(5)之间，一对所述偏振控制器(6)放置在所述空间滤波器(5)与所述第二透镜(8)之间；

线偏振光依次通过所述空间光调制器(1)、第一透镜(2)、强度控制器(3)、空间滤波器(5)、偏振控制器(6)、第二透镜(8)和朗奇光栅(9)，形成偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场；

形成所述的偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场表达式为：

其中：

其中：φ为光场波面的旋向坐标；

m为两级正交基矢携带涡旋相位的拓扑荷；

R确定正交基偏振态的椭偏度；

θ确定正交基矢偏振态的长轴方向；

α决定了正交基之间的相对强度比；

控制正交基之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述空间光调制器(1)包括全息光栅；

所述全息光栅的透过率为：

其中：y为衍射光在空间坐标中的纵坐标；

f₀为全息光栅的空间载频；

φ为旋向坐标；

为衍射光的初始相位；

m为衍射光的拓扑荷数。

3.根据权利要求2所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述的全息光栅为一维光栅，能够为不同级次的衍射光提供特定的相位分布。

4.根据权利要求3所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述强度控制器(3)包括半波片和偏振分束器，所述半波片布置在所述偏振分束器前，一对所述强度控制器(3)平行布置在所述空间滤波器(5)前，所述强度控制器(3)能够对滤波前的衍射光进行强度控制，两级形成任意可控光强度比的标量光。

5.根据权利要求4所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述偏振控制器(6)包括一个四分之一波片和一个半波片，所述四分之一波片放置在所述半波片前，一对所述偏振控制器(6)布置在所述空间滤波器(5)后，其能够对滤波后的衍射光进行偏振转换，两级形成任意可控的偏振态的标量光。

6.根据权利要求5所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述朗奇光栅(9)与所述空间滤波器(5)对应设置，所述朗奇光栅(9)能够叠加两级衍射光，形成偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场。

7.根据权利要求6所述的一种偏振沿庞加莱球上任意圆形路径变化的矢量光场生成装置，其特征在于，所述第一凸透镜(2)与所述第二凸透镜(8)共焦。