一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置的制作方法

本发明属于涡旋光，具体涉及一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置

背景技术：

1、矢量涡旋光是一种在光束横截面偏振态非均匀分布的涡旋光束，矢量涡旋光束又可以分为径向偏振涡旋光束和角向偏振涡旋光束，径向偏振涡旋光束和叠加方式如图1所示，角向偏振涡旋光束叠加方式如图2所示。由于光束横截面不同方位的光束偏振分布不均匀，所以矢量涡旋光可以携带更多的信息，有更多的应用场景，如医学传感、光通讯和量子计算等。目前产生矢量涡旋光束的方法中，所产生的矢量涡旋光束纯度较低。为了实现更高精度的医学传感、光通讯和量子计算应用，需要获得更高精度的矢量涡旋光。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，解决了现有技术中产生的矢量涡旋光束纯度低的问题。

2、本发明公开一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，包括基模形式振荡模块、涡旋光调制器阵列和输出镜，所述涡旋光调制器阵列设置在所述基模形式振荡模块与所述输出镜之间；

3、在第一入射方向时，所述基模形式振荡模块用于将混合阶次初始光束转变为目标偏振方向基模光束后输入所述涡旋光调制器阵列，所述涡旋光调制器阵列用于将所接收的所述目标偏振方向基模光束转变为第一入射方向m阶矢量涡旋光束，其中，所述第一入射方向m阶矢量涡旋光束基于第一偏振方向m阶光束和第二偏振方向m阶光束叠加形成，第二偏振方向与第一偏振方向相反，所述第一入射方向m阶矢量涡旋光束具有kn系数；

4、所述输出镜用于对所述m阶矢量涡旋光束进行反射，以得到沿第二入射方向向涡旋光调制器阵列反射的第二入射方向m阶矢量涡旋光束，其中，所述第二入射方向m阶矢量涡旋光束基于所述第一偏振方向m阶光束以及所述第二偏振方向m阶光束各自偏转180°后相互叠加形成，所述第二入射方向m阶矢量涡旋光具有qn系数；

5、其中，所述第二入射方向与所述第一入射方向相反，所述kn为所述第一入射方向m阶光束的功率占总功率的比例系数，qn为所述第二入射方向m阶光束的功率占总功率的比例系数，n为所述混合阶次初始光束进入装置后的当前循环周期，一次循环周期自第一入射方向传播开始至离开第二入射方向截止，qn>kn>qn-1>kn-1，n＝1、2、3......n，n为正整数。

6、在一些实施例中，m阶矢量涡旋光束为m阶径向矢量涡旋光束或m阶角向矢量光束。

7、在一些实施例中，其特征在于，所述旋光调制器阵列中，相邻两个阵列点之间的距离为d，泰伯距离为所述旋光调制器阵列在处形成目标图像，其中，z为泰伯距离，λ为输入所述旋光调制器阵列的光束的波长。

8、在一些实施例中，所述基模形式振荡模块包括输入镜、第一聚焦镜以及第二聚焦镜，所述第一聚焦镜设置在所述输入镜和所述第二聚焦镜之间，所述第二聚焦镜设置在所述第一聚焦镜和所述涡旋光调制器阵列之间。

9、在一些实施例中，所述基模形式振荡模块还包括增益介质、偏振分光棱镜和针孔，所述增益介质设置在所述输入镜与所述第一聚焦镜之间，所述偏振分光棱镜设置在所述第一聚焦镜与所述针孔之间，所述针孔设置在所述偏振分光棱镜和所述第二聚焦镜之间。

10、在一些实施例中，所述涡旋光调制器阵列被构造为q板阵列，所述涡旋光调制器阵列被构造为q板阵列时，所述基模形式振荡模块还包括半波片，所述半波片设置在所述针孔与所述第二聚焦镜之间。

11、在一些实施例中，所述涡旋光调制器阵列被构造为j板阵列，所述涡旋光调制器阵列被构造为j板阵列时，所述基模形式振荡模块还包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片设置在所述针孔和所述第二聚焦镜之间，所述第二四分之一波片设置在所述j板和所述输出镜之间。

12、在一些实施例中，所述输出镜为平面镜。

13、本发明的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置包括但不限于如下有益效果：(1)本申请将相位调制器周期性排列，以进入装置的混合阶次初始光束进行周期性过滤，过滤掉一些冗余光束，使得需要的m阶次的矢量涡旋光束的功率占总功率的比例逐渐增加，提高了所输出的矢量涡旋光束的纯度；(2)本申请中，设计输入镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜以及涡旋光调制器阵列四个光学器件形成4f光学系统，提高了光学转换效率，进一步提高了所输出的矢量涡旋光束的纯度。(3)本申请中，通过在整个装置中引入或者移除半波片，可以分别实现径向矢量涡旋光束的产生和角向矢量涡旋光束的产生，无需构建额外装置，节约成本，提高了本申请矢量涡旋光产生装置的矢量涡旋光束产生多样性。

技术特征：

1.一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，包括基模形式振荡模块、涡旋光调制器阵列和输出镜，所述涡旋光调制器阵列设置在所述基模形式振荡模块与所述输出镜之间；

2.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，m阶矢量涡旋光束为m阶径向矢量涡旋光束或m阶角向矢量光束。

3.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述旋光调制器阵列中，相邻两个阵列点之间的距离为d，泰伯距离为所述旋光调制器阵列在处形成目标图像，其中，z为泰伯距离，λ为输入所述旋光调制器阵列的光束的波长。

4.根据权利要求1所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述基模形式振荡模块包括输入镜、第一聚焦镜以及第二聚焦镜，所述第一聚焦镜设置在所述输入镜和所述第二聚焦镜之间，所述第二聚焦镜设置在所述第一聚焦镜和所述涡旋光调制器阵列之间。

5.根据权利要求4所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述基模形式振荡模块还包括增益介质、偏振分光棱镜和针孔，所述增益介质设置在所述输入镜与所述第一聚焦镜之间，所述偏振分光棱镜设置在所述第一聚焦镜与所述针孔之间，所述针孔设置在所述偏振分光棱镜和所述第二聚焦镜之间。

6.根据权利要求5所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述涡旋光调制器阵列被构造为q板阵列，所述涡旋光调制器阵列被构造为q板阵列时，所述基模形式振荡模块还包括半波片，所述半波片设置在所述针孔与所述第二聚焦镜之间。

7.根据权利要求5所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述涡旋光调制器阵列被构造为j板阵列，所述涡旋光调制器阵列被构造为j板阵列时，所述基模形式振荡模块还包括第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片设置在所述针孔和所述第二聚焦镜之间，所述第二四分之一波片设置在所述j板和所述输出镜之间。

8.根据权利要求6或7所述的基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，其特征在于，所述输出镜为平面镜。

技术总结本发明公开了一种基于泰伯效应的矢量涡旋光产生装置，包括依次设置的基模形式振荡模块、涡旋光调制器阵列和输出镜；在第一入射方向时，基模形式振荡模块用于将混合阶次初始光束转变为目标偏振方向基模光束后输入涡旋光调制器阵列，涡旋光调制器阵列用于将所接收的目标偏振方向基模光束转变为第一入射方向m阶矢量涡旋光束，输出镜用于对m阶矢量涡旋光束进行反射，以得到沿第二入射方向向涡旋光调制器阵列反射的第二入射方向m阶矢量涡旋光束，本申请利用阵列排布的相位调制器对装置中的光束进行周期性过滤，提高了矢量涡旋光束的纯度。技术研发人员：蔡恩林受保护的技术使用者：江苏星链激光科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10