一种部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114624895A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202210158804.9(22)申请日2022.02.21(71)申请人苏州大学地址215000江苏省苏州市吴中区石湖西路188号(72)发明人张浩赵承良杭奕亦卢兴园王卓异蔡阳健(74)专利代理机构苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)32257专利代理师王广浩(51)Int.Cl.G02B27/09(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统及方法(57)摘要本发明涉及光学技术领域，公开了一种部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统及方法，包括计算机、空间光调制器、半波片、径向偏振器、第三透镜；计算机与空间光调制器连接，计算机用于将幂指数螺旋相位的全息图加载至空间光调制器。本发明部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统及方法通过给传统的部分相干矢量光束附加一个空间指数变化的螺旋相位分布，通过调控相干度的大小，指数相位梯度因子和拓扑荷的数值可以实现三角形、四边形、五角星形的光强分布，以及空间变化的偏振态，并且由于偏振态分布具有矢量特性，其中心光强存在一个暗核，其光强分布相比传统部分相干矢量光束具有较高的调控自由度，且保留了较高的能量。CN114624895ACN114624895A权利要求书1/2页1.一种部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，包括计算机、空间光调制器、半波片、径向偏振器、第三透镜；所述计算机与空间光调制器连接，所述计算机用于将幂指数螺旋相位的全息图加载至空间光调制器；所述空间光调制器用于接收部分相干光束，并对部分相干光束进行调制得到具有幂指数螺旋相位的部分相干光束；所述半波片用于将具有幂指数螺旋相位的部分相干光束的偏振方向调制为垂直偏振；所述径向偏振器用于将垂直偏振的具有幂指数螺旋相位的部分相干光束的偏振方向调制为径向偏振；所述第三透镜用于将径向偏振的具有幂指数螺旋相位的部分相干光束聚焦以得到偏振态空间变化的部分相干矢量幂指数涡旋光束。2.如权利要求1所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，还包括部分相干光束产生系统，所述部分相干光束产生系统包括激光器、准直扩束元件、第一透镜、光束打散元件、第二透镜、高斯滤波片；所述激光器用于产生完全相干光束，所述准直扩束元件用于对所述完全相干光束进行准直扩束，所述第一透镜用于将准直扩束后的完全相干光束聚焦在光束打散元件上，所述光束打散元件将完全相干光束打散并生成完全非相干光束，所述第二透镜对完全非相干光束进行傅里叶变换，所述高斯滤波片对经过傅里叶变换后的完全非相干光束进行振幅滤波得到具有高斯光强分布的部分相干光束。3.如权利要求2所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，所述光束打散元件为旋转毛玻璃，所述旋转毛玻璃的表面具有服从高斯统计分布的微小颗粒。4.如权利要求2所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，所述准直扩束元件为扩束器。5.如权利要求1所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，所述空间光调制器为透射式空间光调制器或反射式空间光调制器；当所述空间光调制器为反射式空间光调制器时，所述部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统还包括分束立方体，部分相干光束由所述分束立方体透射至所述反射式空间光调制器，并由所述反射式空间光调制器反射回所述分束立方体，再由所述分束立方体反射至所述半波片。6.如权利要求1所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，所述部分相干矢量幂指数涡旋光束的交叉谱密度矩阵表示为：其中，<>表示求系综平均运算；“*”表示求复共轭运算；Ex(r)和Ey(r)分别表示完全相干时，径向偏振幂指数涡旋光束电场的水平偏振分量和垂直偏振分量；r1和r2表示任意两点的径向坐标矢量；x，y分别表示直角坐标系的水平轴和垂直轴；其电场可以表示为：2CN114624895A权利要求书2/2页其中，w0表示光束初始的束腰半径，θ表示角向坐标矢量，i为虚数单位，rem(.)为求余函数，l为拓扑荷数，n为指数相位梯度因子；通过调控拓扑荷数和指数相位梯度因子的大小，可以调控该部分相干幂指数涡旋光束的光强分布；将公式(2)和(3)代入公式(1)，即得到在空间‑频率域中该部分相干矢量幂指数涡旋光束的交叉谱密度表达式：其中：其中，σαβ表示光束的初始相干长度；θ1和θ2表示任意两点的角向坐标矢量。7.如权利要求1所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，还包括相机，所述相机对产生的部分相干矢量幂指数涡旋光束进行成像。8.如权利要求1所述的部分相干矢量幂指数涡旋光束的产生系统，其特征在于，所述计算机通过M