一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法技术

本发明专利技术公开一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法，该产生器由多块尺寸相同的扇形晶体以圆心角相对应拼接构成圆盘光学器件，各扇形晶体的折射率主轴方向按照拼接顺序沿圆盘角向变化，每一扇形晶体的厚度沿径向变化，本发明专利技术具有结构简单，透射耗损率低，对强度分布影响小等优点，适合推广使用。

A crystal array full Poincare beam generator and its beam generation method

【技术实现步骤摘要】
一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法
本专利技术属于激光偏振调制领域，具体地说涉及一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法。
技术介绍
庞加莱球是光束偏振态的一种表示方法，其球面的每一点代表一种偏振态。庞加莱光束是指光束横截面具有复杂的偏振态分布，且其分布覆盖整个庞加莱球面，即遍历了所有可能偏振态。目前能够产生庞加莱光束的器件主要有空间光调制器和亚波长光栅。由于空间光调制器需要对光束强度进行调制，光栅有多级次的衍射，所以这两种产生方式的最大缺点是透射损耗大。如果能将透射损耗降低，则庞加莱光束的产生有更广泛的用途。因此，现有技术有待于进一步改进和发展。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法，该方法透射耗损率低，结构简单。本专利技术提供如下技术方案：一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器，由多块尺寸相同的扇形晶体以圆心角相对应拼接构成圆盘光学器件，各扇形晶体的折射率主轴方向按照拼接顺序沿圆盘角向变化，每一扇形晶体的厚度沿径向变化。优选的，多块扇形晶体以圆盘中心为对称中心呈中心对称排列，形成双折射晶体阵列。优选的，扇形晶体厚度d沿径向为r的函数：d＝ar2+br+c，其中，a,b,c为实数，且a,b不能同时为0。优选的，以圆盘中心为原点建立极坐标，设扇形晶体中心极角为θ，圆盘快轴与极轴的夹角为α，α与θ的关系为：α＝qθ+α0，其中，q的取值为半整数，α0∈(-π/2,π/2]。优选的，该圆盘光学器件的琼斯矩阵为：Jc＝Jr(-α)Jw(d)Jr(α)其中，为坐标旋转矩阵，为扇形晶体的琼斯矩阵，其中，系数γ＝π(n1+n2)/λ，η＝πΔn/λ，其中，λ为入射光波长，Δn＝n1-n2，n1,n2分别为晶体快轴和慢轴的折射率。优选的，设χ,分别为入射光庞加莱球面的极角和方位角，χ′,分别为出射光庞加莱球面的极角和方位角，且χ′,与晶体厚度d和快轴方向α相关，其关系为：一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器产生全庞加莱光束的方法，入射光偏振态为右旋圆偏振，即χ＝0时，晶体阵列式全庞加莱光束产生器的输出光束为全庞加莱光束。有益效果：本专利技术提供了一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器及光束产生方法，该专利技术能减少透射损耗率，对强度分布影响小，适合推广使用。附图说明图1是本专利技术具体实施例中晶体阵列式全庞加莱产生器件的结构示意图；图2是本专利技术具体实施例中晶体阵列式全庞加莱产生器件扇形晶体结构示意图；图3是本专利技术具体实施例中晶体阵列式全庞加莱产生器件的正视图；图4是本专利技术具体实施例1所示条件下经过晶体前光束强度；图5是本专利技术具体实施例1所示条件下经过晶体后光束强度；图6是本专利技术具体实施例1所示条件下输出光束偏振态在庞加莱球上的分布；图7是本专利技术具体实施例2所示条件下经过晶体后光束强度；图8是本专利技术具体实施例3所示条件下经过晶体后光束强度；图9是本专利技术具体实施例4所示条件下经过晶体后光束强度；图10是本专利技术具体实施例5所示条件下经过晶体后光束强度；图11是本专利技术具体实施例6所示条件下经过晶体后光束强度；图12是本专利技术具体实施例7所示条件下经过晶体后光束强度；图13是本专利技术具体实施例8所示条件下经过晶体后光束强度；图14是本专利技术具体实施例9所示条件下经过晶体后光束强度；图15是本专利技术具体实施例10所示条件下经过晶体后光束强度；图16是本专利技术具体实施例11所示条件下经过晶体后光束强度；图17是本专利技术具体实施例12所示条件下经过晶体后光束强度；图18是本专利技术具体实施例13所示条件下经过晶体后光束强度；图19是本专利技术具体实施例14所示条件下经过晶体后光束强度；图20是本专利技术具体实施例15所示条件下经过晶体后光束强度。附图中：100双折射晶体，200右旋圆偏，300左旋圆偏。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。如图1-图3所示为本专利技术提供一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器，由多块尺寸相同的扇形晶体以圆心角相对应拼接构成圆盘光学器件，各扇形晶体的折射率主轴方向按照拼接顺序沿圆盘角向变化，每一扇形晶体的厚度沿径向变化。具体的，多块扇形晶体以圆盘中心为对称中心呈中心对称排列，形成双折射晶体阵列。具体的，扇形晶体厚度d沿径向为r的函数：d＝ar2+br+c，其中，a,b,c为实数，且a,b不能同时为0。具体的，以圆盘中心为原点建立极坐标，设扇形晶体中心极角为θ，圆盘快轴(图3所示粗线条为快轴)与极轴的夹角为α，α与θ的关系为：α＝qθ+α0，其中，q的取值为半整数，α0∈(-π/2,π/2]。具体的，该圆盘光学器件的琼斯矩阵为：Jc＝Jr(-α)Jw(d)Jr(α)其中，为坐标旋转矩阵，为扇形晶体的琼斯矩阵，其中，系数γ＝π(n1+n2)/λ，η＝πΔn/λ，其中，λ为入射光波长，Δn＝n1-n2，n1,n2分别为晶体快轴和慢轴的折射率。具体的，设χ,分别为入射光庞加莱球面的极角和方位角，χ′,分别为出射光庞加莱球面的极角和方位角，且χ′,与晶体厚度d和快轴方向α相关，其关系为：一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器产生全庞加莱光束的方法，入射光偏振态为右旋圆偏振，即χ＝0时，晶体阵列式全庞加莱光束产生器的输出光束为全庞加莱光束。以下为本专利技术具体实施例：具体实施例1：q＝1/2,α0＝π/4,a＝0,b＝0.002,c＝0，此时器件的结构如图1-图3所示，设入射光偏振态为右旋圆偏振，即χ＝0，则经过双折射晶体100前后的光强分布和偏振态分布如图4图5所示。可见，该过程中光强分布不变，偏振态变成沿径向和角向的周期性分布，即右旋圆偏200与左旋圆偏300呈周期性分布。图6为该输出光束偏振态在庞加莱球上的表示，可见其偏振态遍历庞加莱球面，为全庞加莱光束。具体实施例2：q＝1/2,α0＝π/4,a＝0,b＝0.002,c＝0.005此时器件的结构如图1-图3所示，设入射光偏振态为右旋圆偏振，即χ＝0，则经过双折射晶体100前后的光强分布和偏振态分布如图7所示。可见，该过程中光强分布不变，偏振态变成沿径向和角向的周期性分布，即右旋圆偏200与左旋圆偏300呈周期性分布。具体实施例3：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器，其特征在于，由多块尺寸相同的扇形晶体以圆心角相对应拼接构成圆盘光学器件，各扇形晶体的折射率主轴方向按照拼接顺序沿圆盘角向变化，每一扇形晶体的厚度沿径向变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶体阵列式全庞加莱光束产生器，其特征在于，由多块尺寸相同的扇形晶体以圆心角相对应拼接构成圆盘光学器件，各扇形晶体的折射率主轴方向按照拼接顺序沿圆盘角向变化，每一扇形晶体的厚度沿径向变化。


2.根据权利要求2所述的晶体阵列式全庞加莱光束产生器，其特征在于，多块扇形晶体以圆盘中心为对称中心呈中心对称排列，形成双折射晶体阵列。


3.根据权利要求1所述的晶体阵列式全庞加莱光束产生器，其特征在于，扇形晶体厚度d沿径向为r的函数：d＝ar2+br+c，其中，a,b,c为实数，且a,b不能同时为0。


4.根据权利要求1所述的晶体阵列式全庞加莱光束产生器，其特征在于，以圆盘中心为原点建立极坐标，设扇形晶体中心极角为θ，圆盘快轴与极轴的夹角为α，α与θ的关系为：α＝qθ+α0，其中，q的取值为半整数，α0∈(-π/2,π/2]。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：耿远超，孙喜博，黄晚晴，张颖，刘兰琴，王文义，陈元，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51