多波混频信号产生装置及其光谱、光斑产生装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于矢量光场的多波混频信号及其光谱、光斑产生装置与产生方法，其中多波混频信号产生装置包括设置于同一光路的激光器、第一线偏振片、矢量光产生装置、第二线偏振片、扩束镜、第一空间光滤光片、聚焦透镜、可饱和吸收样品池和第二空间光滤光片。激光器输出激光束经矢量光产生装置生成偏振态在光束横截面呈特定规律分布的矢量光场，在经第二线偏振片生成多束平行分布的同频同相位偏振光，滤除其中一束或多束后，在可饱和吸收样品池内基于多阶非线性效应产生多波混频信号输出。本发明专利技术所述装置具有较强的通用性，且装置结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广，实用性较强。实用性较强。实用性较强。

【技术实现步骤摘要】
多波混频信号产生装置及其光谱、光斑产生装置与方法


[0001]本专利技术属于非线性光学应用
，具体涉及一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置、多波混频信号光谱产生装置与产生方法、多波混频信号光斑产生装置与产生方法。

技术介绍

[0002]混频是一种重要的非线性光学过程，多束入射光同时与样品相互作用，在满足相位匹配的条件下，产生混频信号，若入射光频率相等则称为简并混频。简并混频信号是一种高灵敏度、高分辨率、高信噪比的光谱技术。现有技术中传统的简并混频信号产生装置的入射光束相互独立，装置复杂，难以控制，且易受外界干扰。在此基础上的更高阶的多波混频过程装置更加复杂，为实验带来很大难度。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置、多波混频信号光谱产生装置与产生方法、多波混频信号光斑产生装置与产生方法。所述多波混频信号产生装置利用柱矢量光通过第二线偏振片的消光特性得到多束平行且对称分布的同相位线偏振光，然后经聚焦透镜会聚在样品中产生简并多波混频信号，而且通过改变柱矢量光的拓扑荷数能够得到其他更复杂的多波混频信号，具有较强的通用性，且装置结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广，实用性较强。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置，包括：激光器1、第一线偏振片9、矢量光产生装置2、第二线偏振片3、扩束镜4、第一空间光滤光片5、聚焦透镜6、可饱和吸收样品池7和第二空间光滤光片8，所述激光器1、第一线偏振片9、矢量光产生装置2、第二线偏振片3、扩束镜4、第一空间光滤光片5、聚焦透镜6、可饱和吸收样品池7和第二空间光滤光片8依次设置于同一光路上，所述激光器输出的激光束经过第一线偏振片9转化为线偏振入射光，所述线偏振入射光经过所述矢量光产生装置2后生成偏振态在光束横截面呈特定规律分布的矢量光场，所述矢量光场经过所述第二线偏振片3后生成多束平行分布的同频同相位偏振光，该多束平行分布的同频同相位偏振光经所述扩束镜4扩束后入射到所述第一空间光滤光片5，通过所述第一空间光滤光片5滤除其中一束或多束同频同相位偏振光后，形成满足多波混频条件的剩余多束同频同相位偏振光，该剩余多束同频同相位偏振光经聚焦透镜6聚焦于所述可饱和吸收样品池7，并在可饱和吸收样品池7内基于多阶非线性效应产生多波混频信号，产生的多波混频信号经所述第二空间光滤光片8后输出。
[0005]进一步的根据本专利技术所述的多波混频信号产生装置，其中所述激光器输出的激光束为高斯光束，激光波长处于所述可饱和吸收样品池的共振吸收波长处，所述矢量光产生装置2由多个半波片拼接而成，各个半波片的快轴方向按照特定规律有序排列，线偏振的激
光束通过所述矢量光产生装置2时，经过每个半波片的对应光束部分的偏振方向基于该半波片的快轴方向发生对应角度的偏转，从而激光束通过所述矢量光产生装置2后，不同光束部分的偏振方向对应于不同半波片的快轴方向而发生不同角度的偏转，最终生成偏振态在光束横截面呈特定规律分布的矢量光场，所述特定规律对应于矢量光产生装置2中各半波片的快轴方向的特定排列规律。
[0006]进一步的根据本专利技术所述的多波混频信号产生装置，其中所述矢量光产生装置2为柱矢量光产生装置，所述柱矢量光产生装置为由多个半波片拼接而成的涡旋波片，各半波片的快轴方向按照绕圆周一周偏转mπ角度的规律均匀排列；所述激光器输出的激光束经过所述柱矢量光产生装置后生成偏振态在光束横截面呈轴对称或旋转对称分布的柱矢量光场，所述柱矢量光场偏振方向绕圆周一周的偏转角度为2mπ，其中m表示拓扑荷数，所述柱矢量光产生装置可产生多种拓扑荷数的柱矢量光场。
[0007]进一步的根据本专利技术所述的多波混频信号产生装置，其中所述矢量光场经过所述第二线偏振片3后生成多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，所述扩束镜4将所述线偏振光扩束到第一空间光滤光片5，并使得其中一束或多束线偏振光入射到第一空间光滤光片5对应的特定滤光位置，所述第一空间光滤光片5在其特定位置具有滤光功能，通过第一空间光滤光片5后的剩余多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光满足可饱和吸收样品池7的多波混频条件，其中所述可饱和吸收样品池7基于三阶、五阶或更高阶非线性效应产生多波混频信号。
[0008]进一步的根据本专利技术所述的多波混频信号产生装置，其中所述多波混频信号产生装置为简并四波混频信号产生装置，其中所述激光器是连续可调谐的环形钛宝石激光器，所述矢量光产生装置2为拓扑荷数等于二的柱矢量光产生装置，所述激光器输出的激光束经所述柱矢量光产生装置后生成偏振态在光束横截面呈轴对称分布的柱矢量光场，所述柱矢量光场经过所述第二线偏振片3后生成四束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，经过所述第一空间光滤光片5滤掉其中一束后剩余三束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光经聚焦后入射到可饱和吸收样品池7，所述可饱和吸收样品池7为含有铷蒸气的可饱和吸收样品池，入射的三束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光在可饱和吸收样品池7基于三阶非线性效应产生简并四波混频信号。
[0009]进一步的根据本专利技术所述的多波混频信号产生装置，其中所述多波混频信号产生装置为简并六波混频信号产生装置，其中所述激光器是连续可调谐的环形钛宝石激光器，所述矢量光产生装置2为拓扑荷数等于三的柱矢量光产生装置，所述激光器输出的激光束经所述柱矢量光产生装置后生成偏振态在光束横截面呈轴对称分布的柱矢量光场，所述柱矢量光场经过所述第二线偏振片3后生成六束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，经过所述第一空间光滤光片5滤掉其中一束后剩余五束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光经聚焦后入射到可饱和吸收样品池7，所述可饱和吸收样品池7为含有铷蒸气的可饱和吸收样品池，入射的五束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光在可饱和吸收样品池7基于五阶非线性效应产生简并六波混频信号。
[0010]一种多波混频信号光谱产生装置，包括：本专利技术所述的多波混频信号产生装置、光电探测器12和示波器13，所述光电探测器12设置于多波混频信号产生装置中的第二空间光滤光片8的正后方，用于探测多波混频信号，所述示波器13连接于所述光电探测器12，用于
显示光电探测器12探测的多波混频信号，在调整激光束波长下，通过所述示波器能够记录多波混频信号的强度变化，得到多波混频信号的光谱。
[0011]一种基于本专利技术所述多波混频信号光谱产生装置得到多波混频信号光谱的方法，包括以下步骤：步骤一、通过所述多波混频信号产生装置输出多波混频信号；步骤二、通过所述光电探测器探测所述多波混频信号；步骤三、调整激光束的波长，通过示波器记录多波混频信号的强度变化，得到多波混频信号光谱。
[0012]一种多波混频信号光斑产生装置，包括：本专利技术所述的多波混频信号产生装置，还包括成像装置11，所述成像装置11设置于所述多波混频信号产生装置中的第二空间光滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置，其特征在于，包括：激光器（1）、第一线偏振片（9）、矢量光产生装置（2）、第二线偏振片（3）、扩束镜（4）、第一空间光滤光片（5）、聚焦透镜（6）、可饱和吸收样品池（7）和第二空间光滤光片（8），所述激光器（1）、第一线偏振片（9）、矢量光产生装置（2）、第二线偏振片（3）、扩束镜（4）、第一空间光滤光片（5）、聚焦透镜（6）、可饱和吸收样品池（7）和第二空间光滤光片（8）依次设置于同一光路上，所述激光器输出的激光束经过第一线偏振片（9）转化为线偏振入射光，所述线偏振入射光经过所述矢量光产生装置（2）后生成偏振态在光束横截面呈特定规律分布的矢量光场，所述矢量光场经过所述第二线偏振片（3）后生成多束平行分布的同频同相位偏振光，该多束平行分布的同频同相位偏振光经所述扩束镜（4）扩束后入射到所述第一空间光滤光片（5），通过所述第一空间光滤光片（5）滤除其中一束或多束同频同相位偏振光后，形成满足多波混频条件的剩余多束同频同相位偏振光，该剩余多束同频同相位偏振光经聚焦透镜（6）聚焦于所述可饱和吸收样品池（7），并在可饱和吸收样品池（7）内基于多阶非线性效应产生多波混频信号，产生的多波混频信号经所述第二空间光滤光片（8）后输出。2.根据权利要求1所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述激光器输出的激光束为高斯光束，激光波长处于所述可饱和吸收样品池的共振吸收波长处，所述矢量光产生装置（2）由多个半波片拼接而成，各个半波片的快轴方向按照特定规律有序排列，线偏振的激光束通过所述矢量光产生装置（2）时，经过每个半波片的对应光束部分的偏振方向基于该半波片的快轴方向发生对应角度的偏转，从而激光束通过所述矢量光产生装置（2）后，不同光束部分的偏振方向对应于不同半波片的快轴方向而发生不同角度的偏转，最终生成偏振态在光束横截面呈特定规律分布的矢量光场，所述特定规律对应于矢量光产生装置（2）中各半波片的快轴方向的特定排列规律。3.根据权利要求1或2所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述矢量光产生装置（2）为柱矢量光产生装置，所述柱矢量光产生装置为由多个半波片拼接而成的涡旋波片，各半波片的快轴方向按照绕圆周一周偏转mπ角度的规律均匀排列；所述激光器输出的激光束经过所述柱矢量光产生装置后生成偏振态在光束横截面呈轴对称或旋转对称分布的柱矢量光场，所述柱矢量光场偏振方向绕圆周一周的偏转角度为2mπ，其中m表示拓扑荷数，所述柱矢量光产生装置可产生多种拓扑荷数的柱矢量光场。4.根据权利要求1-3任一项所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述矢量光场经过所述第二线偏振片（3）后生成多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，所述扩束镜（4）将所述线偏振光扩束到第一空间光滤光片（5），并使得其中一束或多束线偏振光入射到第一空间光滤光片（5）对应的特定滤光位置，所述第一空间光滤光片（5）在其特定位置具有滤光功能，通过第一空间光滤光片（5）后的剩余多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光满足可饱和吸收样品池（7）的多波混频条件，其中所述可饱和吸收样品池（7）基于三阶、五阶或更高阶非线性效应产生多波混频信号。5.根据权利要求4所述的多波混频信号产生装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零二F一三五，
申请(专利权)人：西安跃亿智产信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：