一种光束复振幅分析仪及复振幅分析方法技术

本发明专利技术公开了一种光束复振幅分析仪及复振幅分析方法，涉及光场复振幅测量技术领域，用以解决现有光场复振幅测量误差较大、分辨率较低的问题。本发明专利技术的技术要点包括：光束复振幅分析仪包括偏振分光镜、多端口非偏振分束器、透镜、偏振滤波器和相机；其中，偏振分光镜用于将正交偏振入射的待测光束与参考光束合成为矢量光束；多端口非偏振分束器用于将合成的矢量光束复制为完全相同的多束光；透镜用于收束分束后的光束指向，以确保多束光同时被相机记录；偏振滤波器用于完成基于空间Stokes参量的投影测量；相机用于在同一帧内记录多个偏振投影。本发明专利技术极大提高了测量精度与抗干扰能力，实现了光场复振幅的实时高精度测量。实现了光场复振幅的实时高精度测量。实现了光场复振幅的实时高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种光束复振幅分析仪及复振幅分析方法


[0001]本专利技术涉及光场复振幅测量
，具体涉及一种光束复振幅分析仪及复振幅分析方法。

技术介绍

[0002]光场的空间复振幅(包括强度和相位分布)表征是超精密测量、生物超分辨显微、量子信息编码等现代光学研究及应用中的基础工具。因此，对实现目标光场快速、高效、高空间分辨率的复振幅测量，具有重要的研究价值与广泛的应用前景。
[0003]由于，光电设备只能直接探测光强信息(如CCD/CMOS相机)，光场的复振幅信息在现阶段无法由光束测量设备直接观测，因而相位信息需要借助波前传感器间接测量，其原理主要分三类：其一是微透镜阵列焦平面探测技术，这种测量方法由于依赖传统的光学透镜系统，分辨率低，误差大，设备故障难以排查，且设备昂贵；其二是利用多光束干涉技术，该技术依赖对干涉图样傅里叶变换的计算结果，每一像素的误差均会影响整体结果，因此该类型的波前传感器抗干扰能力差，且受制于算法影响，对于一些复杂波前信息难以处理；其三则是基于相移方法的干涉测量技术，该技术需要在短时间内分多次获得测量数据，因此测量过程中振动和湍流都会极大影响测量结果，抗干扰能力差，难以实现实时、高精的复振幅测量。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提出一种光束复振幅分析仪及复振幅分析方法，用以解决现有光场复振幅测量误差较大、分辨率较低的问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提出一种光束复振幅分析仪，其包括：偏振分光镜1、多端口非偏振分束器2、透镜3、偏振滤波器4和相机5；其中，
[0006]所述偏振分光镜1用于将正交偏振入射的待测光束与参考光束合成为矢量光束；
[0007]所述多端口非偏振分束器2用于将合成的矢量光束复制为完全相同的多束光；
[0008]所述透镜3用于收束分束后的光束指向，以确保多束光同时被相机5记录；
[0009]所述偏振滤波器4用于完成基于空间Stokes参量的投影测量；
[0010]所述相机5用于在同一帧内记录多个偏振投影。
[0011]进一步地，所述多端口非偏振分束器2为四端口非偏振分束器，所述四端口非偏振分束器将合成的矢量光束复制为完全相同的四束光。
[0012]进一步地，所述偏振滤波器4包括检偏器400、第一二分之一波片401、第二二分之一波片402、第三二分之一波片403、四分之一波片404；其中，第一二分之一波片401、第二二分之一波片402、第三二分之一波片403、四分之一波片404集成于检偏器400表面的不同区域；检偏器400的偏振轴与水平方向夹角为0
°
；第一二分之一波片401快轴与水平方向夹角为0
°
，配合检偏器400完成矢量光束在水平偏振基矢上的投影测量；第二二分之一波片402快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器400完成矢量光束在垂直偏振基矢上的投影测量；
第三二分之一波片403快轴与水平方向夹角为22.5
°
，配合检偏器400完成矢量光束在对角偏振基矢上的投影测量；四分之一波片404快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器400完成矢量光束在右旋圆偏振基矢上的投影测量。
[0013]进一步地，所述多端口非偏振分束器2为六端口非偏振分束器，所述六端口非偏振分束器将合成的矢量光束复制为完全相同的六束光。
[0014]进一步地，所述偏振滤波器4包括检偏器400、第一二分之一波片401、第二二分之一波片402、第三二分之一波片403、第四二分之一波片405、第一四分之一波片406、第二四分之一波片407；其中，第一二分之一波片401、第二二分之一波片402、第三二分之一波片403、第四二分之一波片405、第一四分之一波片406、第二四分之一波片407集成于检偏器400表面的不同区域；检偏器400的偏振轴与水平方向夹角为0
°
；第一二分之一波片401快轴与水平方向夹角为0
°
，配合检偏器400完成矢量光束在水平偏振基矢上的投影测量；第二二分之一波片402快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器400完成矢量光束在垂直偏振基矢上的投影测量；第三二分之一波片403快轴与水平方向夹角为22.5
°
，配合检偏器400完成矢量光束在对角偏振基矢上的投影测量；第四二分之一波片405快轴与水平方向夹角为
‑
22.5
°
，配合检偏器400完成矢量光束在反对角偏振基矢上的投影测量；第一四分之一波片406快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器400完成矢量光束在右旋偏振基矢上的投影测量；第二四分之一波片407快轴与水平方向夹角为
‑
45
°
，配合检偏器400完成矢量光束在左旋偏振基矢上的投影测量。
[0015]进一步地，正交偏振入射的待测光束与参考光束合成的矢量光束表示为：
[0016][0017]式中，表示矢量光束的空间二维极坐标，α∈[0,1]代表权重系数，θ代表两正交偏振间的全局相位，分别代表水平与垂直偏振状态；表示参考光束光场；表示待测光束光场。
[0018]进一步地，所述相机5在同一帧内记录的多个偏振投影包括待测矢量光束在水平、垂直、对角线及任一圆偏振基矢下的强度分布；或者包括待测矢量光束在水平、垂直、对角线、反对角线、左旋圆偏振以及右旋圆偏振基矢下的强度分布。
[0019]进一步地，所述分析仪还包括分析模块，所述分析模块连接所述相机5，用于根据多个偏振投影进行空间Stokes层析，以重构出待测矢量光束的偏振空间结构分布，进而获得待测光束的空间复振幅分布。
[0020]根据本专利技术的另一方面，还提出一种光束复振幅分析方法，该方法利用如上所述的光束复振幅分析仪实现待测光束的基于空间Stokes参量的投影测量，以重构出待测矢量光束的偏振空间结构分布，进而获得待测光束的空间复振幅分布。
[0021]本专利技术的有益技术效果是：
[0022]本专利技术通过引入多端口非偏振分束器和偏振滤波器，完成了空间Stokes参量的同时测量，避免了测量过程中系统震动对空间Stokes参量测量的扰动，极大提高了测量精度与抗干扰能力，从而在传统光束分析仪的基础上融入相位分析功能，实现光场复振幅的实时、高精度、高空间分辨测量。
附图说明
[0023]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：
[0024]图1是本专利技术实施例中光束复振幅分析仪的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例中四端口非偏振分束器分光后光束空间位置分布示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例中基于四端口非偏振分束器所设计的偏振滤波器结构示意图；
[0027]图4是本专利技术实施例中六端口非偏振分束器分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光束复振幅分析仪，其特征在于，包括：偏振分光镜(1)、多端口非偏振分束器(2)、透镜(3)、偏振滤波器(4)和相机(5)；其中，所述偏振分光镜(1)用于将正交偏振入射的待测光束与参考光束合成为矢量光束；所述多端口非偏振分束器(2)用于将合成的矢量光束复制为完全相同的多束光；所述透镜(3)用于收束分束后的光束指向，以确保多束光同时被所述相机(5)记录；所述偏振滤波器(4)用于完成基于空间Stokes参量的投影测量；所述相机(5)用于在同一帧内记录多个偏振投影。2.根据权利要求1所述的一种光束复振幅分析仪，其特征在于，所述多端口非偏振分束器(2)为四端口非偏振分束器，所述四端口非偏振分束器将合成的矢量光束复制为完全相同的四束光。3.根据权利要求2所述的一种光束复振幅分析仪，其特征在于，所述偏振滤波器(4)包括检偏器(400)、第一二分之一波片(401)、第二二分之一波片(402)、第三二分之一波片(403)、四分之一波片(404)；其中，第一二分之一波片(401)、第二二分之一波片(402)、第三二分之一波片(403)、四分之一波片(404)集成于检偏器(400)表面的不同区域；检偏器(400)的偏振轴与水平方向夹角为0
°
；第一二分之一波片(401)快轴与水平方向夹角为0
°
，配合检偏器(400)完成矢量光束在水平偏振基矢上的投影测量；第二二分之一波片(402)快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器(400)完成矢量光束在垂直偏振基矢上的投影测量；第三二分之一波片(403)快轴与水平方向夹角为22.5
°
，配合检偏器(400)完成矢量光束在对角偏振基矢上的投影测量；四分之一波片(404)快轴与水平方向夹角为45
°
，配合检偏器(400)完成矢量光束在右旋圆偏振基矢上的投影测量。4.根据权利要求1所述的一种光束复振幅分析仪，其特征在于，所述多端口非偏振分束器(2)为六端口非偏振分束器，所述六端口非偏振分束器将合成的矢量光束复制为完全相同的六束光。5.根据权利要求4所述的一种光束复振幅分析仪，其特征在于，所述偏振滤波器(4)包括检偏器(400)、第一二分之一波片(401)、第二二分之一波片(402)、第三二分之一波片(403)、第四二分之一波片(405)、第一四分之一波片(406)、第二四分之一波片(407)；其中，第一二分之一波片(401)、第二二分之一波片(402)、第三二分之一波片(403)、第四二分之...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱智涵，吴海俊，李春宇，周志远，李银海，
申请(专利权)人：安徽鲲腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：