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CN107402454B - 基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置 - Google Patents

基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置 Download PDF

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CN107402454B CN201710770150.4A CN201710770150A CN107402454B CN 107402454 B CN107402454 B CN 107402454B CN 201710770150 A CN201710770150 A CN 201710770150A CN 107402454 B CN107402454 B CN 107402454B
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Abstract

本发明公开了一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，包括顺次排列的椭圆偏振矢量光场、第一凸透镜、各向同性非线性光学克尔介质、第二凸透镜和激光光束分析仪；椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦于各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪。本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，采用简单的自衍射装置实现非线性椭偏旋转，光路简单，操作方便，灵活性高；能实现沿着径向变化的非线性椭偏旋转；能通过矢量光场横截面上局域偏振椭圆椭偏率和取向的变化对远场光强进行编码和解码。

Description

基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置
技术领域
本发明涉及光场偏振态的调控领域，具体涉及一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置。
背景技术
对于各向同性的非线性光学克尔介质，三阶非线性系数张量存在两个独立的分量，分别为
Figure GDA0002463428700000011
和
Figure GDA0002463428700000012
一束椭圆偏振光入射到各向同性的非线性光学克尔介质时，当
Figure GDA0002463428700000013
的虚部为0而实部不为0时，椭圆偏振光的取向角会发生旋转而椭偏角不变，这种现象称为非线性椭偏旋转。1964年，P.D.Maker首次在液体中观测到了这种非线性椭偏旋转现象，并且发现，旋转的角度随入射光强的改变而变化[R.W.Terhune,C.M.Savage,and P.D.Maker,“Intensity-dependen t changes in the refractive index of liquids,”Phys.Rev.Lett.12(18),507-509(1964)]。非线性椭偏旋转在非线性光学表征、交叉相位波的产生、光限幅、脉冲清洗等领域都有广泛的应用。
近年来，具有空间变化偏振态分布的柱对称矢量光场引起了广泛的关注，研究人员提出了许多新颖的柱对称矢量光场，例如：利用“任意偏振分布矢量光束的生成装置”(专利号CN101178484A)生成杂化偏振矢量光场；报道了全庞加莱光束[A.M.Beckley,T.G.Brown,and M.A.Alonso,“Full Poincarébeams,”Opt.Express 18(10),10777-10785(2010)]；实验生成了椭圆偏振矢量光场[B.Gu,D.Xu,G.Rui,M.Lian,Y.Cui,and Q.Zhan,“Manipulation of dielectric Rayleigh particles using highly focusedelliptically polarized vector fields,”Appl.Opt.54(27),8123-8129(2015)]。椭圆偏振矢量光场的光场横截面上特殊的偏振态分布，使得它与物质相互作用将会产生许多新颖的效应。基于椭圆偏振矢量光场的非线性椭偏旋转目前还未见报道。根据现有技术生成椭圆偏振矢量光场[B.Gu,D.Xu,G.Rui,M.Lian,Y.Cui,and Q.Zhan,“Manipulation ofdielectric Rayleigh particles using highly focused elliptically polarizedvector fields,”Appl.Opt.54(27),8123-8129(2015)],生成的椭圆偏振矢量光场的光强如图2所示，光强呈圆对称结构。由图3可以看出，未经过各向同性非线性光学克尔介质调制，光场偏振态呈圆对称结构，每个局域椭圆的椭偏率均相同，并且局域椭圆的取向均沿着径向方向。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中非线性椭偏旋转关于偏振态调控不足的缺陷，本发明旨于提供一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，包括顺次排列的椭圆偏振矢量光场、第一凸透镜、各向同性非线性光学克尔介质、第二凸透镜和激光光束分析仪；椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦于各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪。
工作原理：本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，入射的椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦于各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪；通过改变入射椭圆偏振矢量光场的椭偏率以及各向同性非线性光学克尔效应的大小，灵活地控制出射场偏振态的分布。
所述各向同性非线性光学克尔介质需放置在第一凸透镜的焦平面处；通过合理的移动第二凸透镜，确保光束完全进入激光光束分析仪。
所述第二凸透镜和激光光束分析仪之间依次设有1/4波片和偏振片；用于检测汇聚于激光光束分析仪的矢量光场的偏振态分布。
所述椭圆偏振矢量光场是由携带振幅和相位均不相同的左右旋圆偏振光相干叠加而成；通过调节左右旋圆偏振光的振幅和相位，能灵活的控制入射椭圆偏振矢量光场的椭偏率和取向角。
有益效果：本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，采用简单的自衍射装置实现非线性椭偏旋转，光路简单，操作方便，灵活性高；能实现沿着径向变化的非线性椭偏旋转；能通过矢量光场横截面上局域偏振椭圆椭偏率和取向的变化对远场光强进行编码和解码。
附图说明
图1为本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置结构示意图；
图2为入射各向同性非线性光学克尔介质前椭圆偏振矢量光场的光强分布图；
图3为入射各向同性非线性光学克尔介质前椭圆偏振矢量光场的偏振态分布图；
图4为椭圆偏振矢量光场经过各向同性非线性光学克尔介质后远场的光强分布图；
图5为椭圆偏振矢量光场经过各向同性非线性光学克尔介质后远场的偏振态分布图；
图中，1为椭圆偏振矢量光场、2为第一凸透镜、3为各向同性非线性光学克尔介质、4为第二凸透镜、5为1/4波片、6为偏振片、7为激光光束分析仪。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1-5所示，一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，包括顺次排列的椭圆偏振矢量光场、第一凸透镜、各向同性非线性光学克尔介质、第二凸透镜和激光光束分析仪；椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦在各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪；各向同性非线性光学克尔介质需放置在第一凸透镜的焦平面处；第二凸透镜和激光光束分析仪之间依次设有1/4波片和偏振片；椭圆偏振矢量光场是由携带振幅和相位均不相同的左右旋圆偏振光相干叠加而成。
如图4所示，入射的椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦于各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的出射光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪；由图5可以看出，经各向同性非线性光学克尔介质调制后，光场偏振态呈现圆对称多环结构，每个局域椭圆的椭偏率不再相同，而是沿着半径方向，逐渐降低，并且局域椭圆的取向发生了旋转，整体表现为径向变化的非线性椭偏旋转。
本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，入射的椭圆偏振矢量光场经第一凸透镜聚焦于各向同性非线性光学克尔介质，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜的汇聚下进入激光光束分析仪；各向同性非线性光学克尔介质需放置在第一凸透镜的焦平面处；通过合理的移动第二凸透镜，确保光束完全进入激光光束分析仪；第二凸透镜和激光光束分析仪之间依次设有1/4波片和偏振片，用于检测汇聚于激光光束分析仪的矢量光场的偏振态分布；通过改变入射椭圆偏振矢量光场的椭偏率以及各向同性非线性光学克尔效应的大小，灵活地控制出射场偏振态的分布。
本发明基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，采用简单的自衍射装置实现非线性椭偏旋转，光路简单，操作方便，灵活性高；能实现沿着径向变化的非线性椭偏旋转；能通过矢量光场横截面上局域偏振椭圆椭偏率和取向的变化对远场光强进行编码和解码。

Claims (1)

1.一种基于椭圆偏振矢量光场实现径向变化非线性椭偏旋转装置，其特征在于：包括顺次排列的椭圆偏振矢量光场(1)、第一凸透镜(2)、各向同性非线性光学克尔介质(3)、第二凸透镜(4)和激光光束分析仪(7)；椭圆偏振矢量光场(1)经第一凸透镜(2)聚焦于各向同性非线性光学克尔介质(3)，经非线性克尔介质调制后的矢量光场在第二凸透镜(4)的汇聚下进入激光光束分析仪(7)；所述各向同性非线性光学克尔介质(3)需放置在第一凸透镜(2)的焦平面处；所述第二凸透镜(4)和激光光束分析仪(7)之间依次设有1/4波片(5)和偏振片(6)；所述椭圆偏振矢量光场由携带振幅和相位均不相同的左右旋圆偏振光相干叠加而成，通过调节左右旋圆偏振光的振幅和相位控制入射椭圆偏振矢量光场的椭偏率和取向角；通过矢量光场横截面上局域偏振椭圆椭偏率和取向的变化对远场光强进行编码和解码。
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