一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法技术

本发明专利技术提供一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，包括以下步骤：S1：全息光栅的制作，利用光学全息技术，用全息干板记录SLM上加载的相位，制作矢量光生成需要的全息光栅；S2：利用全息光栅产生任意矢量光束，利用与全息光栅生成光路相同的激光与扩束系统，引入沃拉斯顿枝镜产生同角度的两束参考光，分别经过两个反射镜后以相同的入射角度照射全息光栅。本发明专利技术通过直接利用光学全息技术拍摄全息光栅，并结合全息中的角度复用技术设计了矢量光的生成系统，该方法通过全息光栅再现生成矢量光的光路不需要SLM，避免了复杂偏振态的出现，因此具有生成光路简单、方便操作、生成矢量光的偏振纯度高等优势。的偏振纯度高等优势。的偏振纯度高等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法


[0001]本专利技术属于矢量光束领域，具体地说是一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法。

技术介绍

[0002]近年来，相比于均匀偏振光束，矢量光束起了人们的广泛关注.对于矢量光束而言，其偏振态分布是空间变化的，这种独特的偏振性使得矢量光场具有许多新颖性质，在众多科学领域有潜在的应用价值，两种最典型的矢量光束是径向矢量光束和角向矢量光束径向偏振光和角向偏振光的偏振态分布与电磁场TM
01
模和TE
01
模电矢量分布一致，1972年，人们在实验上生成了径向偏振光和角向偏振光，它们都具有独特的性能并被广泛应用，一个径向矢量光束通过紧聚焦可以在焦平面附近集中产生强大的纵向场；另一方面，一个角向矢量光束通过紧聚焦可以集中到一个空心暗点.这些独特的性能可以被应用于高分辨率成像、表面等离子体、纳米操纵、激光加工、遥感和奇点光学等诸多领域，并且也适用于粒子的光学捕获和操纵；
[0003]根据是否需要增益介质，可将生成矢量光的方法分为主动法和被动法，主动法是通过设计激光器特殊的谐振腔，直接输出相应的矢量分布激光，被动法则是通过在激光器谐振腔外，采用一些光学元件或者光学方法设计特殊的光路，将常规激光转化为矢量分布激光，主动法可以获得很高的效率，但是一旦设计好激光器谐振腔，矢量光场的类型就已经确定，而被动法具有很强的灵活性，可以通过简单地替换一两个光学元件调节光路就可获得新的矢量光场，特别地，因为空间光调制器(SLM)可以灵活地设计任意空间相位或幅度调制所需的光学模式，这使得被动生成法的灵活性更高；但是，这些方法都忽略了液晶或材料本身对光束偏振态的改变，会出现椭圆偏振分布的情况。
[0004]综上，因此本专利技术提供了一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题；
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，包括以下步骤：
[0007]S1：全息光栅的制作，利用光学全息技术，用全息干板记录SLM上加载的相位，制作矢量光生成需要的全息光栅；
[0008]S2：利用全息光栅产生任意矢量光束，利用与全息光栅生成光路相同的激光与扩束系统，引入沃拉斯顿枝镜产生同角度的两束参考光，分别经过两个反射镜后以相同的入射角度照射全息光栅。
[0009]优选的，所述S1中全息光栅的制作光路需要使用激光器、半波片扩束镜、分束镜及
空间光调制器。
[0010]优选的，所述S2中两束参考光与水平方向的夹角均为α。
[0011]优选的，所述S1中SLM上加载的相位为
[0012]优选的，所述S2中两束参考光可调制为左旋偏振光C1和右旋偏振光C2。
[0013]优选的，所述左旋偏振光C1和右旋偏振光C2可分别用公式和表示。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0015]本专利技术通过直接利用光学全息技术拍摄全息光栅，并结合全息中的角度复用技术设计了矢量光的生成系统，该方法通过全息光栅再现生成矢量光的光路不需要SLM，避免了复杂偏振态的出现，因此具有生成光路简单、方便操作、生成矢量光的偏振纯度高等优势。
附图说明
[0016]图1是本专利技术全息光栅的制作光路示意图；
[0017]图2是本专利技术全息光栅再现光路示意图；
[0018]图3是本专利技术全息光栅再现合束生成矢量光的示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。
[0020]如图1
‑
3所示，本专利技术提供一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，包括以下步骤：S1：全息光栅的制作，利用光学全息技术，用全息干板记录SLM上加载的相位，制作矢量光生成需要的全息光栅，如图1所示，S1中全息光栅的制作光路需要使用激光器、半波片扩束镜、分束镜及空间光调制器，通过激光器发射竖直线偏光，半波片用于调整出射光的偏振方向，激光束经过扩束镜扩束准直，然后经过分束镜分束，一束作为物光o(x，y)照射SLM加载相位可以描述为：o(x，y)＝o(x，y)e
‑
iφo(x，y)
(1)，另一束作为参考光α(x，y)e
i2παy
与物光在全息干板上相干叠加，参考光与物光的夹角为α，为提高衍射光的效率和质量并保证相干条件，α设计为较小的角度，全息干板记录的光强分布为：其透过率函数可以描述为t(x，y)＝t
b
+βΙ，其中β为大于0小于1的常数，与全息干板的类型有关，我们选择β尽量大的全息干板，通过在SLM上加载灰度图像，可使物光带有相应的相位分布，而全息光栅则记录了物光包含的相位分布。
[0021]S2：利用全息光栅产生任意矢量光束，利用与全息光栅生成光路相同的激光与扩束系统，引入沃拉斯顿枝镜产生同角度的两束参考光，分别经过两个反射镜后以相同的入射角度照射全息光栅，S2中两束参考光与水平方向的夹角均为α，如图2所示，图2虚线框中两束参考光照射全息光栅，再现的衍射光相干叠加的过程如图3所示，图3中的两束参考光中分别置一个1/4波片，分别与竖直方向成正负45
°
放置，可以将两束参考光调制为左旋偏振光C1和右旋偏振光C2：原参考光(C1)照射全息光栅再现如下式：其中，从(5)式中可见，参考光C1的再现光为三束，并且它们的偏振态都为左旋偏振，它们的方向角度分别为0、α和2α，同理：其中原方向的u
13
和u
24
相干叠加：进一步简化为：这里o(基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，y)为实值，所以利用柱坐标系与直角坐标系的转换关系，则原方向的出射光可表示为：由于为加载到SLM上的任意灰度分布，所以f可以调制为任意矢量光，假设则f＝o(x，y)e
ρ
为径向矢量光；若则f＝o(x，y)e
ρ
为角向矢量光，为了验证该实验光路的可行性，我们对沃拉斯顿棱镜进行了实验测量，分束后获得了角度完全相等的两束光，而且没有带来明显的相位差，因此，只要后面的光路设置合理，便可以保证到达全息光栅上同一点的两光束不存在相位差，而且在全息光栅再现光路中，可以让激光先通过沃拉斯顿棱镜再进行扩束准直，所以沃拉斯顿棱镜不会限制生成矢量光的尺寸，总之通过上述方式生成的矢量光的尺寸存在较大的灵活性，该方法不需要经过两次衍射滤除零级波，解决了系统的能量效率低的缺点，此外，由于该方法克服了SLM的衍射光的偏振态受加载灰度值影响的问题，因此生成任意矢量光的光路比较简单，最后通过利用SLM的振幅调制特性，可以调制矢量光的振幅，获得振幅可调控的任意矢量光。
[0022]本专利技术的实施方式是为了示例和描述起见而给出的，尽管上面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：全息光栅的制作，利用光学全息技术，用全息干板记录SLM上加载的相位，制作矢量光生成需要的全息光栅；S2：利用全息光栅产生任意矢量光束，利用与全息光栅生成光路相同的激光与扩束系统，引入沃拉斯顿枝镜产生同角度的两束参考光，分别经过两个反射镜后以相同的入射角度照射全息光栅。2.如权利要求1所述的一种基于全息图编码的任意矢量光束产生方法，其特征在于：所述S1中全息光栅的制作光路需要使用激光器、半波片扩束镜、分束镜及空间光调制器。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢一言，张丙元，高飞龙，李国儒，朱文旭，付倩倩，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：