基于液晶器件的不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换

通常用混合阶庞加莱球的方法描述任意矢量涡旋光束,该方法可以使其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。目前,人们常用空间光调制器、超表面与螺旋相位板的组合、激光谐振腔等来产生矢量涡旋光束。然而,这些方法所产生的光束通常只限于特定的偏振态,且具有低损伤阈值、低转换效率和大结构尺寸等缺点,并且这些方法通常只能实现同一混合阶庞加莱球上的适量涡旋光束的产生与切换。本文提出了一种利用电控可调液晶q板和波片通过纯电控手段来实现两个不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换。通过理论和实验对其结果进行验证,与预期仿真结果基本保持一致。此方法具有良好的电可控性、集成性好、转换效率高等优点,并且可以为结构化光束的应用提供基本的光学系统支持。

基于涡旋半波片制备多种混合阶庞加莱球光束

柱矢量涡旋光束偏振态呈现柱对称分布并且具有螺旋形相位波前,可以用混合阶庞加莱球表示。基于对琼斯矩阵的推导,提出并验证了一种利用涡旋半波片产生多种混合阶庞加莱球光束的方法。通过合理设计涡旋半波片和半波片、1/4波片的组合,能够产生混合阶庞加莱球上任意位置对应的柱矢量涡旋光束。通过级联多个涡旋半波片,能够进一步扩大混合阶庞加莱球光束的阶数范围。实验上,对制备出的多种混合阶庞加莱球光束的偏振态分布进行了测量,并验证了其偏振阶数和拓扑荷数。该方法光路简单、调节方便,可以实现对拓扑荷数和偏振阶数的独立调控,在光学微操控、光学探测与传感,以及矢量涡旋光源设计等方面有潜在的应用价值。