CN110908216B - 一种基于矢量光束的非线性频率转换装置 - Google Patents

Abstract

一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，包括光处理组件，用于将种子光处理成圆偏振光；角动量模块，用于将输入的圆偏振光增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束；非线性频率转换模块，用于对输入的光束进行非线性频率转换，然后输出非线性频率转换后的光束。本发明可实现矢量光束的操作和非线性频率转换，可被用于扩宽光束的可用频率范围，其具有很强的有效性和鲁棒性，而且使用了较少的光学元件，调节灵活，具有很强的运用前景。本装置可实现对矢量光束的倍频操作，而且该装置同样也适用于其他的二阶非线性过程，如和频和差频转换过程，并可推广到单光子的量子态。

Description

一种基于矢量光束的非线性频率转换装置

技术领域

本发明涉及激光技术、非线性光物理技术领域和原子物理技术领域，尤其涉及一种基于矢量光束的非线性频率转换装置。

背景技术

自激光诞生以来，过去几十年激光技术的发展主要关注在空间均匀偏振状态。近年空间不均匀偏振状态的激光束(如矢量光束)已经受到了越来越多的关注。矢量光束具有特殊的光强和偏振分布，其可运用于大数值孔径聚焦、光学捕获、激光加工、光学笼子、超分辨率成像、高容量通信、和量子信息科学等诸多领域。

作为一种重要的激光技术，非线性频率转换也一直被人们研究。当他们难以直接产生合适频段的光束时，非线性频率转换提供了一个重要的方法来扩大光束的可用频率范围。

到目前为止，对矢量光束的操作和非线性频率转换仍具有很大的挑战性，因为大部分非线性过程的具有偏振敏感性。

发明内容

为了解决怎么将非线性频率转换的技术运用到实现不均匀偏振状态的激光束中，为此，本发明提供一种基于矢量光束的非线性频率转换装置。本发明采用以下技术方案：

一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，包括

光处理组件，用于将种子光处理成圆偏振光；

角动量模块，用于将输入的圆偏振光增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束；

非线性频率转换模块，用于对输入的光束进行非线性频率转换，然后输出非线性频率转换后的光束。

非线性频率转换模块的第一种方案，所述非线性频率转换模块包括第一二向色镜、第三偏振分光镜、第一双色半波片、第一晶体、对称设置在第一晶体两侧的第一抛物面反射镜和第二抛物面反射镜；输入光束经过第一二向色镜后进入到第三偏振分光镜中，第三偏振分光镜分出的水平偏振光和垂直偏振光，所述水平偏振光依次经过第一双色半波片、第一抛光面反射镜、第一晶体、第二抛光面反射镜、第三偏振分光镜；所述垂直偏振光依次经过第二抛光面反射镜、第一晶体、第一抛光面反射镜、第一双色半波片、第三偏振分光镜，水平偏振光和垂直偏振光经第三偏振分光镜输出后汇合形成非线性频率转换的光束。

非线性频率转换模块的第二种方案，所述非线性频率转换模块包括第一聚焦透镜、第二二向色镜、第四双色偏振分光镜、第二双色半波片、第七反射镜、第二晶体、第八反射镜、第一准直透镜，输入光束依次经过第一聚焦透镜、第二二向色镜、第四双色偏振分光镜后分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光依次经过第二双色半波片、第七反射镜、第二晶体、第八反射镜、第四双色偏振分光镜后作为第一路输出，垂直偏振光依次经过第八反射镜、第二晶体、第七反射镜、第二双色半波片、第四双色偏振分光镜后作为第二路输出，第一路输出和第二路输出混合后经过第一准直透镜后作为非线性频率转换模块的输出。

非线性频率转换模块的第三种方案，所述非线性频率转换模块包括依次设置的第二聚焦透镜、第三晶体组、第二准直透镜、滤光片。

具体地说，晶体为周期性极化KTP晶体，且垂直偏振光和水平偏振光分别从晶体两个相向方向聚焦在晶体的中心。

对角动量模块的限定，所述角动量模块包括第二偏振分光镜、第二反射镜、第三反射镜、涡旋相位板、第四反射镜，输入角动量模块的光束经第二偏振分光镜分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光依次经过第二反射镜、第三反射镜、涡旋相位板、第四反射镜，然后经第二偏振分光镜输出；垂直偏振光依次经过第四反射镜、涡旋相位板、第三反射镜、第二反射镜，然后进第二偏振分光镜输出，第二偏振分光镜输出的两路光束混合后作为角动量模块的输出光束。

对第一测量模块的限定，所述角动量模块和非线性频率转换模块之间还设置有第一测量模块，所述第一测量模块包括第三四分之一波片、第五反射镜、第四四分之一波片、第六反射镜、第一CCD元件，所述第三四分之一波片、第五反射镜、第四四分之一波片依次设置在角动量模块和非线性频率转换模块之间的光路上，所述第五反射镜反射的光经过第六反射镜反射到第一CCD元件上。

对第二测量模块的限定，所述非线性频率转换模块输出端还设置有第二测量模块，所述第二测量模块包括设置在非线性频率转换模块输出光路上的第五四分之一波片、第二CCD元件。

对光处理组件的限定，所述光处理组件包括圆偏振光获取模块，所述圆偏振获取模块包括依次设置的第二半波片、第二四分之一波片。

对光处理组件的进一步限定，所述光处理组件还包括在圆偏振光获取模块前端依次设置光产生模块和光调节模块，所述光调节模块包括沿着光路依次设置的第一半波片、第一四分之一波片、第一偏振分光镜。

本发明的优点在于：

(1)本发明可实现矢量光束的操作和非线性频率转换，可被用于扩宽光束的可用频率范围，其具有很强的有效性和鲁棒性，而且使用了较少的光学元件，调节灵活，具有很强的运用前景。本装置可实现对矢量光束的倍频操作，而且该装置同样也适用于其他的二阶非线性过程，如和频和差频转换过程，并可推广到单光子的量子态。

(2)非线性频率转换模块能够倍频矢量光束，但要求首先通过角动量模块将泵浦的矢量光束转换成指数形式的混合偏振矢量光束。该装置通过对不同拓扑荷的矢量光束进行操作和非线性频率转换，可得到任意偏振分布的矢量光束。

(3)本申请中公开了三种非线性频率转换模块的方案，均可以实现非线性频率转换的功能。

(4)角动量模块将输入的圆偏振光束上增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束。

(5)第二测量模块对非线性频率转换后的光束进行检测记录。

(6)所述第一测量模块的作用是确保非线性频率转换模块输入的光束满足要求，当不满足要求时，可以通过调整光处理组件和角动量模块的相关参数。

(7)光处理组件将光产生模块产生的线偏振光，其中光调节模块控制线偏振光的强度和偏振角度，同时将光束从线偏振光转换为圆偏振光。

附图说明

图1为本发明模块化连接图。

图2为光产生模块的结构图。

图3为光调节模块的结构图。

图4为圆偏振光获取模块的结构图。

图5为角动量模块的结构图。

图6为第一检测模块的结构图。

图7为非线性频率转换模块第一种方案的结构图。

图8为非线性频率转换模块第二种方案的结构图。

图9为非线性频率转换模块第三种方案的结构图。

图10为第二检测模块的结构图。

图中标注符号的含义如下：

1-光处理组件

111-半导体激光器 112-第一半波片 113-第一四分之一波片

12-第一偏振分光镜 13-第一反射镜

141-第二半波片 142-第二四分之一波片

2-角动量模块 21-第二偏振分光镜 22-第二反射镜 23-第三反射镜

24-涡旋相位板 25-第四反射镜

3-第一测量模块 31-第三四分之一波片 32-第五反射镜

33-第四四分之一波片34-第六反射镜 35-第一水平偏振片

36-第一CCD元件

4-非线性频率转换模块 411-第一二向色镜 412-第三偏振分光镜

413-第一双色半波片 414-第一抛光面反射镜 415-第一晶体

416-第二抛光面反射镜

421-第一聚焦透镜 422-第二二向色镜 423-第四双色偏振分光镜

424-第二双色半波片 425-第七反射镜 426-第二晶体

427-第八反射镜 428-第一准直透镜

431-第二聚焦透镜 432-第三晶体组 433-第二准直透镜

434-滤光片

5-第二测量模块 51-第九反射镜 52-第五四分之一波片

53-第二水平偏振片 54-第二CCD元件

具体实施方式

如图1所示，一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，包括

光处理组件1，用于将种子光处理成圆偏振光；

角动量模块2，用于将输入的圆偏振光增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束

非线性频率转换模块4，用于对输入的光束进行非线性频率转换，然后输出非线性频率转换后的光束。

第一测量模块3，设置在所述角动量模块2和非线性频率转换模块4之间，用于测量对角动量模块2输出的光束进行检测记录，如果监测结果不能满足后续光路系统的要求，可通过调节光处理组件1的相关参数，以使光束可满足后续光路系统的要求；

第二测量模块5，设置在所述非线性频率转换模块4输出端，用于对非线性频率转换后的光束进行检测记录。

以下对各模块进行详细的描述：

具体的说，光处理组件1包括依次设置的光产生模块、光调节模块、圆偏振光获取模块。具体描述如下：

11.光产生模块

如图2所示，所述光产生模块包括半导体激光器111，所述半导体激光器111为一个半导体种子光经光纤放大器放大的连续激光，其为整个系统提供初始光束。种子光的中心波长为1560nm，线宽小于10MHz，经过放大器后的输出功率大于1W，线宽小于100MHz.

12.光调节模块

如图3所示，所述光调节模块包括沿着光路依次设置的第一半波片112、第一四分之一波片113、第一偏振分光镜12。其中第一半波片112和第一四分之一波片113共同作用，用于控制和调节输入激光的强度，工作波长为1560nm.所述第一偏振分光镜12用于获得水平偏振光束第一偏振分光镜12将光多次反射和折射，第一偏振分光镜12分出的垂直偏振光在竖直方向上射出，分出的水平偏振光沿水平方向透射形成其可用以下公式表示：

在该实施例中第一反射镜13将水平偏振光反射进入到圆偏振光获取模块中，第一反射镜13镀膜参数为HR@1560nm，45°入射。

13.圆偏振光获取模块

如图4所示，所述圆偏振获取模块包括依次设置的第二半波片141、第二四分之一波片142。所述第二半波片141工作波长为1560nm，设置其快轴与水平偏振光偏振方向夹角为α，可通过旋转调整第二半波片141得到不同的α值。其对光束的作用可用以下公式表示：

所述的第二四分之一波片142，工作波长1560nm，设置其快轴与水平偏振光偏振方向夹角为-π/4，其可以将从第二半波片141射出的偏振光转换成圆偏振光。其对光束的作用可用以下公式表示：

2.角动量模块2

如图5所示，所述角动量模块2包括第二偏振分光镜21、第二反射镜22、第三反射镜23、涡旋相位板24、第四反射镜25，第二偏振分光镜21表面镀膜AR@1560nm，0°入射，其用于将圆偏振光分离为水平偏振光和垂直偏振光，其中水平偏振光沿原光路传播方向透射过去，然后经第二反射镜22和第三反射镜23反射至涡旋相位板24中。其中垂直偏振光较原始光路发生90度折转，经由第四反射镜25反射至涡旋相位板24。

所述涡旋相位板24工作波长为1560nm，经过涡旋相位板24的光束将会被加上轨道角动量，水平偏振光被加上轨道角动量垂直偏振光被加上轨道角动量被增加上轨道角动量的水平偏振光经由第四反射镜25反射回至第二偏振分光镜21，并从第二偏振分光镜21透射。被增加上轨道角动量的垂直偏振光经由经第三反射镜23和第二反射镜22反射回至第二偏振分光镜21，并在第二偏振分光镜21中发生90度折转，随后从其中射出。需要指出的是涡旋相位板24需要放置于角动量模块2所有部件组成的环形结构的中间，具体的说，位于第三反射镜23和第四反射镜25之间，这样可以保证环形结构输出端的光场同时含有和

所述第二反射镜22、第三反射镜23、第四反射镜25表面均为HR@1560nm镀膜，其作用均用于折转光路。

以上被增加上轨道角动量的水平偏振光和被增加上轨道角动量的垂直偏振光在从第二偏振分光镜21射出后，叠加成混合光第二偏振分光镜21、第二反射镜22、第三反射镜23、涡旋相位板24、第四反射镜25对光束的综合作用可用以下矩阵准确表述：

其中，Δ₁是回路中由镜面反射和第二偏振分光镜21双折射形成的相位差。l是拓扑荷，其取整数，由涡旋相位板24的特性决定。

叠加混合光包含了光束偏振和轨道角动量的叠加模式，可被表示为：

3.第一测量模块3

如图6所示，第一测量模块3包括第三四分之一波片31、第五反射镜32、第四四分之一波片33、第六反射镜34、第一CCD元件36，所述第三四分之一波片31、第五反射镜32、第四四分之一波片33依次设置在角动量模块2和非线性频率转换模块4之间的光路上，所述第五反射镜32反射的光经过第六反射镜34反射到第一CCD元件36上。

所述第三四分之一波片31的工作波长1560nm，设置其快轴与水平偏振光偏振方向夹角为π/4，其对光束的作用用以下公式表示：

叠加混合光到达第三四分之一波片31后，变成具有轨道角动量的线性偏振光再经由第五反射镜32和第六反射镜34折转后到达第一CCD元件36。其中可用下式表示：

其中，θ＝2(α+Δ₁/4)。

所述第一CCD元件36工作波段为1.5μm，首先其将记录光束的状态1，然后在第一CCD元件36前放置第一水平偏振片35后记录光束的状态2，状态1和状态2即反映着非线性频率转换前的光束的特性。所述第一水平偏振片35的工作波长为1560nm。

所述的第五反射镜32、第六反射镜34表面镀膜HR@1560nm，入射角度45°，其作用均用于折转光路。在第一CCD元件36记录完状态1和状态2后，第五反射镜32将会被移开，之后，作为泵浦光束进入到非线性频率转换过程。

所述的第四四分之波片的工作波长为1560nm，设置其快轴与水平偏振光偏振方向夹角为-π/4，其作用就是将泵浦光束还原成

如果监测结果(光束的状态1和状态2)不能满足后续光路系统的要求，可通过调节光处理组件1的相关参数，以使光束可满足后续光路系统的要求，然后光束从角动量模块2中输出。

4.1.非线性频率转换模块4第一种方案

如图7所示，所述非线性频率转换模块4包括第一二向色镜411、第三偏振分光镜412、第一双色半波片413、第一晶体415、对称设置在第一晶体415两侧的第一抛物面反射镜和第二抛物面反射镜416；输入光束经过第一二向色镜411后进入到第三偏振分光镜412中，第三偏振分光镜412分出的水平偏振光和垂直偏振光，所述水平偏振光依次经过第一双色半波片413、第一抛光面反射镜414、第一晶体415、第二抛光面反射镜416、第三偏振分光镜412；所述垂直偏振光依次经过第二抛光面反射镜416、第一晶体415、第一抛光面反射镜414、第一双色半波片413、第三偏振分光镜412，水平偏振光和垂直偏振光经第三偏振分光镜412输出后汇合形成非线性频率转换的光束。

第一二向色镜411在非线性频率转换模块4的光束对应的入射面上镀膜为AR@1560nm，出射面上镀膜为AR@1560nm，HR@780nm，入射角度45°，其作用是使还原后的可顺利透射穿过。并且使非线性频率转换后的倍频光束到达其表面后发生光路折转，从非线性频率转换模块4中输出。

第三偏振分光镜412表面镀膜为AR@1560nm，AR@780nm，入射角度0°，其作用是将被还原后的分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光从水平方向透射出去，垂直偏振光发生90°折转射出。另外的作用是将倍频后的水平偏振光从水平方向透射出去，倍频后的垂直偏振光发生90°折转射出，二者出射后合成倍频后的混合光。

所述的第一双色半波片413的λ/2为@1560nm&780nm，其快轴设置与水平偏振光偏振方向夹角为π/4，其作用一：将泵浦的水平偏振光转变成垂直偏振光。其作用二：将倍频后的垂直偏振光转变成水平偏振光。

所述的第一抛光面反射镜414的尺寸为1英寸，离轴角为45°，焦距为101.6mm，镀银膜其作用是将泵浦光束聚焦在第一晶体415的中心。值得特别声明的是：以上参数是适用于该实施例，在其余类似实施例中，这些参数会进行适配调整，但都属于本发明的保护范围。

所述第一晶体415为周期性极化KTP晶体，具体的为PPKTP，Type-0(ZZZ)型位相匹配，几何尺寸为1mm×2mm×8mm，极化周期为25.01μm，位相匹配温度为45℃，其仅对垂直偏振光敏感，经其作用后，其产生的倍频光束和泵浦光束的关系可用以下公式表示：

E^2ω∝(E^ω)²

以上，非线性频率转换模块4对光束偏振状态的综合作用可用以下公式表示：

其中，Δ₂是以上非线性频率转换模块4中主要由第一晶体415的非对称性造成的相位差。

再将第一晶体415的倍频作用考虑进去，整体过程可近似的用以下公式表示：

E^2ω∝T(E^ω)²

以上产生的倍频光束经过第三偏振分光镜412合束之后，经过第一二向色镜411反射后从非线性频率转换模块4中输出。

4.2.非线性频率转换模块4第二种方案

如图8所示，所述非线性频率转换模块4包括第一聚焦透镜421、第二二向色镜422、第四双色偏振分光镜423、第二双色半波片424、第七反射镜425、第二晶体426、第八反射镜427、第一准直透镜428，输入光束依次经过第一聚焦透镜421、第二二向色镜422、第四双色偏振分光镜423后分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光依次经过第二双色半波片424、第七反射镜425、第二晶体426、第八反射镜427、第四双色偏振分光镜423后作为第一路输出，垂直偏振光依次经过第八反射镜427、第二晶体426、第七反射镜425、第二双色半波片424、第四双色偏振分光镜423后作为第二路输出，第一路输出和第二路输出混合后经过第一准直透镜428后作为非线性频率转换模块4的输出。

所述第一聚焦透镜421表面镀膜AR@1560nm，焦距f₁@1560nm，其作用是将入射光束聚焦在第二晶体426的中心。

所述的第二二向色镜422在进入非线性频率转换模块4的光束对应的入射面上镀膜为AR@1560nm，出射面上镀膜为AR@1560nm，HR@780nm，入射角度为45°，其作用一为被还原后的可顺利透射穿过。并且使非线性频率转换后的倍频光束到达其表面后发生光路折转，进入第一准直透镜428。

所述第四双色偏振分光镜423表面镀膜为AR@1560nm，AR@780nm，入射角度为0°，其作用一是将被还原后的分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光从水平方向透射出去，垂直偏振光发生90°折转射出。其作用二是将倍频后的水平偏振光从水平方向透射出去，倍频后的垂直偏振光发生90°折转射出，二者出射后合成倍频后的混合光。

所述的第二双色半波片424的λ/2为@1560nm&780nm，其快轴设置与水平偏振光偏振方向夹角为π/4，其作用一是将泵浦的水平偏振光转变成垂直偏振光。其作用二是将倍频后的垂直偏振光转变成水平偏振光。

所述第七反射镜425表面均为HR@1560nm，HR@780nm镀膜，其作用均用于折转光路。

所述的第二晶体426为周期性极化KTP晶体，具体的为PPKTP，Type-0(ZZZ)型位相匹配，几何尺寸为1mm×2mm×8mm，极化周期为25.01μm，位相匹配温度为45℃，其仅对垂直偏振光敏感，经其作用后，其产生的倍频光束和泵浦光束的关系可用以下公式表示：

E^2ω∝(E^ω)²

第八反射镜427的表面均为HR@1560nm，HR@780nm镀膜，其作用均用于折转光路。

第一聚焦透镜421表面镀膜AR@780nm，焦距f₂@780nm，f₂＝f₁，其作用是将汇聚光束进行准直。

以上，非线性频率转换模块4对光束偏振状态的综合作用可用以下公式表示：

其中，Δ₂是以上回路中主要由晶体的非对称性造成的相位差。

再将第二晶体426的倍频作用考虑进去，整体过程可近似的用以下公式表示：

E^2ω∝T(E^ω)²

以上产生的倍频光束经过第四双色偏振分光镜423合束之后，经过第二二向色镜422反射后，再经第一准直透镜428准直，从非线性频率转换模块4中输出。

4.3.非线性频率转换模块4第三种方案

如图9所示，所述非线性频率转换模块4包括依次设置的第二聚焦透镜431、第三晶体组432、第二准直透镜433、滤光片434。

第二聚焦透镜431表面镀膜为AR@1560nm，焦距f₁@1560nm，其作用是将入射光束聚焦在第三晶体组432的中心。

第三晶体组432由两个相同的周期性极化KTP晶体组成，第二个周期性极化KTP晶体相对于第一个周期性极化KTP晶体旋转90°放置，二者的光轴夹角为90°。两个周期性极化KTP晶体的参数均为：Type-0(ZZZ)型位相匹配，几何尺寸为1mm×2mm×8mm，极化周期为25.01μm，位相匹配温度为45℃，其仅对垂直偏振光敏感。经其作用后，其产生的倍频光束和泵浦光束的关系可用以下公式表示：

E^2ω∝T(E^ω)²

第二准直透镜433的表面镀膜为AR@780nm，焦距f₂@780nm，f₂＝f₁，其作用是将汇聚光束进行准直。

滤光片434其表面镀膜HR@1560nm，AR@780nm，其作用为是将未被非线性转换的光线过滤掉，被非线性转换后的光束可顺利通过。

以上，非线性频率转换模块4对光束偏振状态的综合作用可用以下公式表示：

其中，Δ₂是以上回路中主要由晶体的非对称性造成的相位差。

再将第三晶体组432的倍频作用考虑进去，整体过程可近似的用以下公式表示：

E^2ω∝T(E^ω)²

以上产生的倍频光束经过第二准直透镜433、滤光片434作用后，从非线性频率转换模块4中输出。

5.第二测量模块5

如图10所示，所述第二测量模块5包括设置在非线性频率转换模块4输出光路上的第九反射镜51、第五四分之一波片52、第二水平偏振片53、第二CCD元件54。

第九反射镜51表面镀膜为HR@780nm，入射角度为45°，其作用为折转光路，将倍频光束折转至第五四分之一波片52。

第五四分之一波片52的λ/4为@780nm，设置其快轴与水平偏振光偏振方向夹角为π/4，其对光束的作用可表示为：

经第五四分之一波片52作用后的倍频光束到达第二CCD元件54，其与比较，频率加倍，其可表示为：

其中，Θ＝4α+Δ₁+Δ₂/2-π/4

第二CCD元件54工作波段为780nm，所述的第二水平偏振片53工作波长为780nm，其作用为过滤掉其他偏振方向的光线，只保留偏振方向为水平偏振方向的光线通过。

第二CCD元件54将记录倍频光束的状态3，然后在第二CCD元件54前放置一个第二水平偏振片53后记录光束的状态4，状态3和状态4即反映着倍频(非线性频率转换)后的光束的特性，状态4为水平偏振方向投影测量的结果。

现阶段，很多研究现状的瓶颈点是直接将上述的直接倍频，这种操作不能得到理想的倍频光速，理论分析如下：

将直接倍频的理论表达式如下：

上式中，常数项1/2代表高斯光束，另一项代表被线性偏振叠加的轨道角动量光束，这不是期望的结果。

通过本发明装置，在对矢量光束进行倍频之前，可以首先将泵浦的矢量光束转换成指数形式的混合偏振矢量光束。这样得到的倍频后的光束如上述的所示，其与相比，除了具有矢量光束倍频成分(l→2l)，还具有不含拓扑荷的高斯模式，不是理想的矢量光束，因此通过本装置可以得到理想的倍频矢量光束。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，包括

光处理组件(1)，用于将种子光处理成圆偏振光；

角动量模块(2)，用于将输入的圆偏振光增加轨道角动量，然后输出同时具有偏振和轨道角动量叠加状态的光束

非线性频率转换模块(4)，用于对输入的光束进行非线性频率转换，然后输出非线性频率转换后的光束；

所述角动量模块(2)包括第二偏振分光镜(21)、第二反射镜(22)、第三反射镜(23)、涡旋相位板(24)、第四反射镜(25)，输入角动量模块(2)的光束经第二偏振分光镜(21)分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光依次经过第二反射镜(22)、第三反射镜(23)、涡旋相位板(24)、第四反射镜(25)，然后经第二偏振分光镜(21)输出；垂直偏振光依次经过第四反射镜(25)、涡旋相位板(24)、第三反射镜(23)、第二反射镜(22)，然后进第二偏振分光镜(21)输出，第二偏振分光镜(21)输出的两路光束混合后作为角动量模块(2)的输出光束；

所述非线性频率转换模块(4)输出端还设置有第二测量模块(5)，所述第二测量模块(5)包括设置在非线性频率转换模块(4)输出光路上的第五四分之一波片(52)、第二CCD元件(54)。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述非线性频率转换模块(4)包括第一二向色镜(411)、第三偏振分光镜(412)、第一双色半波片(413)、第一晶体(415)、对称设置在第一晶体(415)两侧的第一抛物面反射镜和第二抛物面反射镜；输入光束经过第一二向色镜(411)后进入到第三偏振分光镜(412)中，第三偏振分光镜(412)分出的水平偏振光和垂直偏振光，所述水平偏振光依次经过第一双色半波片(413)、第一抛光面反射镜(414)、第一晶体(415)、第二抛光面反射镜(416)、第三偏振分光镜(412)；所述垂直偏振光依次经过第二抛光面反射镜(416)、第一晶体(415)、第一抛光面反射镜(414)、第一双色半波片(413)、第三偏振分光镜(412)，水平偏振光和垂直偏振光经第三偏振分光镜(412)输出后汇合形成非线性频率转换的光束。

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述非线性频率转换模块(4)包括第一聚焦透镜(421)、第二二向色镜(422)、第四双色偏振分光镜(423)、第二双色半波片(424)、第七反射镜(425)、第二晶体(426)、第八反射镜(427)、第一准直透镜(428)，输入光束依次经过第一聚焦透镜(421)、第二二向色镜(422)、第四双色偏振分光镜(423)后分成水平偏振光和垂直偏振光，水平偏振光依次经过第二双色半波片(424)、第七反射镜(425)、第二晶体(426)、第八反射镜(427)、第四双色偏振分光镜(423)后作为第一路输出，垂直偏振光依次经过第八反射镜(427)、第二晶体(426)、第七反射镜(425)、第二双色半波片(424)、第四双色偏振分光镜(423)后作为第二路输出，第一路输出和第二路输出混合后经过第一准直透镜(428)后作为非线性频率转换模块(4)的输出。

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述非线性频率转换模块(4)包括依次设置的第二聚焦透镜(431)、第三晶体组(432)、第二准直透镜(433)、滤光片(434)。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，晶体为周期性极化KTP晶体，且垂直偏振光和水平偏振光分别从晶体两个相向方向聚焦在晶体的中心。

6.根据权利要求1所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述角动量模块(2)和非线性频率转换模块(4)之间还设置有第一测量模块(3)，所述第一测量模块(3)包括第三四分之一波片(31)、第五反射镜(32)、第四四分之一波片(33)、第六反射镜(34)、第一CCD元件(36)，所述第三四分之一波片(31)、第五反射镜(32)、第四四分之一波片(33)依次设置在角动量模块(2)和非线性频率转换模块(4)之间的光路上，所述第五反射镜(32)反射的光经过第六反射镜(34)反射到第一CCD元件(36)上。

7.根据权利要求1所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述光处理组件(1)包括圆偏振光获取模块，所述圆偏振光获取模块包括依次设置的第二半波片(141)、第二四分之一波片(142)。

8.根据权利要求7所述的一种基于矢量光束的非线性频率转换装置，其特征在于，所述光处理组件(1)还包括在圆偏振光获取模块前端依次设置光产生模块和光调节模块，所述光调节模块包括沿着光路依次设置的第一半波片(112)、第一四分之一波片(113)、第一偏振分光镜(12)。