【摘要】：為了研究空間可變波片偏振調(diào)制生成矢量光束的方法,本文借助瓊斯矢量和瓊斯矩陣較深入地分析了任意階拉蓋爾-高斯螺旋光束通過(guò)空間偏振轉(zhuǎn)換器件生成矢量光束的過(guò)程,并根據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)矢量光束的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布進(jìn)行了數(shù)值仿真.仿真結(jié)果表明:線偏振和圓偏振的基模光束可分別通過(guò)空間半波片和空間四分之一波片轉(zhuǎn)化生成矢量光束,且隨著空間波片階數(shù)的提高,輸出光束暗核逐漸增大;空間波片對(duì)螺旋光束的作用可以等效為兩個(gè)正交圓偏振的螺旋分量的疊加,通過(guò)軌道角動(dòng)量偏振檢測(cè)仿真,證實(shí)了該方法的正確性.
【圖文】：

φ（４）若將入射光的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)π／２，即沿ｙ方向的線偏振光通過(guò)該ｍ階空間可變半波片時(shí)，輸出光束的瓊斯矢量為，Ｊｏｕｔ＝ｃｏｓｍφｓｉｎｍφｓｉｎｍφ－ｃｏｓｍ［］φ（）０１＝ｓｉｎｍφ－ｃｏｓｍ（）φ（５）從式（４）（５）可以看出，空間可變半波片可以將線偏振基模高斯光束轉(zhuǎn)化為矢量光束，其中一階空間半波片可以分別將ｘ、ｙ方向的線偏振基模高斯光束轉(zhuǎn)化為徑向偏振光和切向偏振光，該空間可變半波片的結(jié)構(gòu)及特性如圖１所示．徑向偏振光和切向偏振光的轉(zhuǎn)化可以直接由入射光的偏振態(tài)去控制，這比使用其他轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)徑向和切向轉(zhuǎn)化靈敏性更好，操控更簡(jiǎn)便．我們將生成的矢量光束通過(guò)檢偏器，可以旋轉(zhuǎn)檢偏器來(lái)檢驗(yàn)矢量光束的偏振狀態(tài)，偏振檢測(cè)的結(jié)果如圖２所示．從圖２分析可知，矢量光束通過(guò)檢偏器以后，形成消光帶不同的光強(qiáng)分布，且消光帶主瓣數(shù)是空間半波片階數(shù)的兩倍；隨著空間波片階數(shù)的提高，輸出光束暗核逐漸增大；檢偏器旋轉(zhuǎn)θ角，則矢量光束旋轉(zhuǎn)角度為θ／ｍ，ｍ為空間可變半波片的階數(shù)．圖２空間可變半波片生成矢量光束的偏振態(tài)檢測(cè)Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｂｅａｍｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｎｔｈａｌｆ－ｗａｖｅ－ｌｅｎｇｔｈｐｌａｔｅ．３空間可變?chǔ)耍床ㄆ恼{(diào)制空間可變?chǔ)耍床ㄆc空間可變半波片類似，其瓊斯矩陣可以表示為［２１］，，Ｊｍ，λ／４＝ｃｏｓ２θ＋ｉｓｉｎ２θ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθ（１－ｉ）ｓｉｎ

ｍφ－ｃｏｓｍ（）φ（５）從式（４）（５）可以看出，空間可變半波片可以將線偏振基模高斯光束轉(zhuǎn)化為矢量光束，其中一階空間半波片可以分別將ｘ、ｙ方向的線偏振基模高斯光束轉(zhuǎn)化為徑向偏振光和切向偏振光，該空間可變半波片的結(jié)構(gòu)及特性如圖１所示．徑向偏振光和切向偏振光的轉(zhuǎn)化可以直接由入射光的偏振態(tài)去控制，這比使用其他轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)徑向和切向轉(zhuǎn)化靈敏性更好，操控更簡(jiǎn)便．我們將生成的矢量光束通過(guò)檢偏器，可以旋轉(zhuǎn)檢偏器來(lái)檢驗(yàn)矢量光束的偏振狀態(tài)，偏振檢測(cè)的結(jié)果如圖２所示．從圖２分析可知，矢量光束通過(guò)檢偏器以后，形成消光帶不同的光強(qiáng)分布，且消光帶主瓣數(shù)是空間半波片階數(shù)的兩倍；隨著空間波片階數(shù)的提高，輸出光束暗核逐漸增大；檢偏器旋轉(zhuǎn)θ角，則矢量光束旋轉(zhuǎn)角度為θ／ｍ，ｍ為空間可變半波片的階數(shù)．圖２空間可變半波片生成矢量光束的偏振態(tài)檢測(cè)Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｂｅａｍｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｎｔｈａｌｆ－ｗａｖｅ－ｌｅｎｇｔｈｐｌａｔｅ．３空間可變?chǔ)耍床ㄆ恼{(diào)制空間可變?chǔ)耍床ㄆc空間可變半波片類似，其瓊斯矩陣可以表示為［２１］，Ｊｍ，λ／４＝ｃｏｓ２θ＋ｉｓｉｎ２θ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθ（１－ｉ）ｓｉｎθｃｏｓθｉｃｏｓ２θ＋ｓｉｎ２［］θ（６）其中，θ＝ｍφ＋π／４，ｍ為空間可變?chǔ)耍床ㄆ碾A數(shù)，φ為極坐標(biāo)系下的極角．當(dāng)一束左旋圓偏振光通過(guò)該ｍ階空間可變?chǔ)耍床ㄆ瑫r(shí)，輸出光束的瓊
【作者單位】： 蚌埠學(xué)院機(jī)械與電子工程系;安徽科技學(xué)院理學(xué)院;南京師范大學(xué)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61475073) 安徽省自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012Z240) 蚌埠學(xué)院科研項(xiàng)目(2015ZR13)
【分類號(hào)】：O436.3

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本文編號(hào)：2551044