空间波片偏振调制生成矢量光束的模拟研究

发布时间：2019-10-18 10:37

【摘要】：为了研究空间可变波片偏振调制生成矢量光束的方法,本文借助琼斯矢量和琼斯矩阵较深入地分析了任意阶拉盖尔-高斯螺旋光束通过空间偏振转换器件生成矢量光束的过程,并根据数学模型对矢量光束的远场强度分布进行了数值仿真.仿真结果表明:线偏振和圆偏振的基模光束可分别通过空间半波片和空间四分之一波片转化生成矢量光束,且随着空间波片阶数的提高,输出光束暗核逐渐增大;空间波片对螺旋光束的作用可以等效为两个正交圆偏振的螺旋分量的叠加,通过轨道角动量偏振检测仿真,证实了该方法的正确性.
【图文】：

特性图,半波片,空间,特性

φ（４）若将入射光的偏振方向转动π／２，即沿ｙ方向的线偏振光通过该ｍ阶空间可变半波片时，输出光束的琼斯矢量为，Ｊｏｕｔ＝ｃｏｓｍφｓｉｎｍφｓｉｎｍφ－ｃｏｓｍ［］φ（）０１＝ｓｉｎｍφ－ｃｏｓｍ（）φ（５）从式（４）（５）可以看出，空间可变半波片可以将线偏振基模高斯光束转化为矢量光束，其中一阶空间半波片可以分别将ｘ、ｙ方向的线偏振基模高斯光束转化为径向偏振光和切向偏振光，该空间可变半波片的结构及特性如图１所示．径向偏振光和切向偏振光的转化可以直接由入射光的偏振态去控制，这比使用其他转化器实现径向和切向转化灵敏性更好，操控更简便．我们将生成的矢量光束通过检偏器，可以旋转检偏器来检验矢量光束的偏振状态，偏振检测的结果如图２所示．从图２分析可知，矢量光束通过检偏器以后，形成消光带不同的光强分布，且消光带主瓣数是空间半波片阶数的两倍；随着空间波片阶数的提高，输出光束暗核逐渐增大；检偏器旋转θ角，则矢量光束旋转角度为θ／ｍ，ｍ为空间可变半波片的阶数．图２空间可变半波片生成矢量光束的偏振态检测Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｂｅａｍｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｎｔｈａｌｆ－ｗａｖｅ－ｌｅｎｇｔｈｐｌａｔｅ．３空间可变λ／４波片的调制空间可变λ／４波片与空间可变半波片类似，其琼斯矩阵可以表示为［２１］，，Ｊｍ，λ／４＝ｃｏｓ２θ＋ｉｓｉｎ２θ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθ（１－ｉ）ｓｉｎ

光强分布,半波片,偏振态,光束

ｍφ－ｃｏｓｍ（）φ（５）从式（４）（５）可以看出，空间可变半波片可以将线偏振基模高斯光束转化为矢量光束，其中一阶空间半波片可以分别将ｘ、ｙ方向的线偏振基模高斯光束转化为径向偏振光和切向偏振光，该空间可变半波片的结构及特性如图１所示．径向偏振光和切向偏振光的转化可以直接由入射光的偏振态去控制，这比使用其他转化器实现径向和切向转化灵敏性更好，操控更简便．我们将生成的矢量光束通过检偏器，可以旋转检偏器来检验矢量光束的偏振状态，偏振检测的结果如图２所示．从图２分析可知，矢量光束通过检偏器以后，形成消光带不同的光强分布，且消光带主瓣数是空间半波片阶数的两倍；随着空间波片阶数的提高，输出光束暗核逐渐增大；检偏器旋转θ角，则矢量光束旋转角度为θ／ｍ，ｍ为空间可变半波片的阶数．图２空间可变半波片生成矢量光束的偏振态检测Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｂｅａｍｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｎｔｈａｌｆ－ｗａｖｅ－ｌｅｎｇｔｈｐｌａｔｅ．３空间可变λ／４波片的调制空间可变λ／４波片与空间可变半波片类似，其琼斯矩阵可以表示为［２１］，Ｊｍ，λ／４＝ｃｏｓ２θ＋ｉｓｉｎ２θ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθｉｃｏｓ２θ＋ｓｉｎ２［］θ（６）其中，θ＝ｍφ＋π／４，ｍ为空间可变λ／４波片的阶数，φ为极坐标系下的极角．当一束左旋圆偏振光通过该ｍ阶空间可变λ／４波片时，输出光束的琼
【作者单位】：蚌埠学院机械与电子工程系;安徽科技学院理学院;南京师范大学纳米光子学实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(61475073) 安徽省自然科学研究项目(KJ2012Z240) 蚌埠学院科研项目(2015ZR13)
【分类号】：O436.3

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