[发明专利]一种具有鲁棒性的高阶庞加莱球偏振态产生方法及系统

权利要求书

1.一种具有鲁棒性的高阶庞加莱球偏振态产生方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将完全相干矢量光束加载涡旋相位后调控为高阶庞加莱球的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；

S2：将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光合成为高阶庞加莱球上的矢量偏振光，并通过调节产生一高阶庞加莱球的偏振矩阵；

S3：降低矢量偏振光的空间相干性，并经过整形得到随机电磁光束，同时，提取偏振矩阵中的偏振信息并转移到随机电磁光束的空间关联张量中；

S4：将所述随机电磁光束传输到远场，在远场中，偏振信息从空间关联张量中转移到随机电磁光束的偏振矩阵中，得到具有鲁棒性的高阶庞加莱球偏振态；

所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：偏振矩阵通过聚焦后加载旋转随机相位屏，得到非相干光束；

S32：非相干光束经过傅里叶变换和高斯振幅滤波整形得到随机电磁光束；

其中，旋转随机相位屏提取偏振矩阵中的偏振信息并转移到随机电磁光束的空间关联张量中，包括以下步骤：

在空间-频率域中，空间一点处的随机电磁光束的交叉谱张量：

（13）

其中，表示的坐标，、、、是交叉谱张量的四个元素，、表示在空间的两个位置点，每个元素均写成各方向电场分量之间的系综平均：

（14）

其中，，x和y表示随机电磁光束的两个互相正交的方向，和分别表示在空间点处分量和点处分量的随机电场，表示复共轭，表示和的系综平均；根据正定条件，随机电磁光束交叉谱张量的元素表示为：

（15）

其中，表示从偏振矩阵中提取到的矩阵元，表示空间位置矢量，、分别代表空间两点处的位置矢量，表示狄拉克函数； 或表示为，表示从加载旋转随机相位屏到高斯振幅滤波后表面的响应函数，固定为如下傅里叶变换的形式：

（16）

其中，为高斯振幅滤波的透过率函数，为高斯振幅滤波的光束束腰宽度；为波长，为旋转随机相位屏到高斯振幅滤波之间透镜的焦距；

将公式（16）代入公式（15）中得到随机电磁光束交叉谱张量的另一种表达式：

（17）

其中，表示随机电磁光束的空间关联张量，空间关联张量和偏振矩阵之间存在如下关系：

（18）

即偏振矩阵中包含的偏振信息转移到空间关联张量中。

2.如权利要求1所述的一种具有鲁棒性的高阶庞加莱球偏振态产生方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：完全相干矢量光束通过空间光调制器进行加载高阶涡旋相位，产生具有高阶涡旋相位的正极线偏振光和负极线偏振光；

S12：从正极线偏振光和负极线偏振光中滤出正一级涡旋线偏振光和负一级涡旋线偏振光并调控为右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别为高阶庞加莱球的南极点和北极点。