System Configuration

偏振可调矢量光束的产生

实验系统配置

激光源 He-Ne激光器
偏振控制 偏振片
透镜元件 透镜3,透镜4
滤波器件 空间滤波器
矢量光产生 1/4波片
扩束 透镜1,针孔,透镜2
光束的检测 CCD,电脑,反射镜
光栅 叉形光栅,Dammann光栅

系统原理

用4-f干涉系统产生矢量光束,根掘叉形光栅±1级可产生拓扑为+1和-1涡旋光的特性,用叉形光栅分束,并用Dammann光栅合束。He-Ne激光器作为光源,经起偏器产生线偏振光,经针孔滤波和扩束系统产生平行光。透镜1和2构成4-f系统,叉形光栅置于透镜3的前焦面,空间滤波器在傅里叶频谱面,仅让拓扑荷为+1和-1的涡旋光通过。滤波器的两个通光孔上分别放置1/4波片,将±1级线偏振光转变成右旋和左旋圆偏振光。透镜4的后焦面放置Dammann光栅,其光栅常数与叉形光栅相同。最后用CCD来接收产生的光束,并在前放置检偏器用于检测产生光束的质量。

研究现状

偏振是光的重要特性之一,偏振变换及其与物质之间的作用已经在光通信、光学检测、生物学、显示技术、数据存储、材料科学等领域被广泛的研究。过去的研究主要针对空间偏振分布一致的光束,近些年,空间偏振分布不一致的矢量光束引起了人们广泛的关注。偏振呈轴对称分布的柱矢量光束格外引人注目,特殊的偏振分布及新奇的聚焦特性使其在诸多领域有着广泛的应用,如光存储、粒子加速、二次谐波产生激光加工、光镊表面等离激元调控等领域。基于4-f干涉系统和相位板实现的矢量光束的偏振调控,由于相位型叉形光栅和Dammann光栅的引入,与用空间光调制器或振幅型光栅分束的干涉系统相比,该系统具有较高的能量利用率和较低的成本。通过在系统的一路光中加入不同的相位片,可灵活产生柱矢量光和偏振混合矢量光;改变叉形光栅的拓扑荷,还可产生高阶矢量光。

潜在应用

(1)矢量光场及其与物质的相互作用在光学检测和计量、光信息存储、谐波生成、光学微操纵、自旋控制定向耦合、高分辨显微成像、大容量光通信、光学微纳加工等领域具有广阔的应用前景;

(2)经相位调制的径向偏振光在量子门操纵和光学点阵的冷原子流动排序中有潜在的应用;

(3)径向偏振光在光学传感,拉曼增强,超分辨成像等领域有着天然的优势;

(4)相关的研究工作在生物医学、信息科学、量子光学、计量学中有着广阔的应用前景,并可为其他相关领域的研究提供有效的科学工具。

应用案例
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