[发明专利]一种产生全庞加莱光束的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用光学技术领域，特别是涉及一种庞加莱光束的产生方法和装置。

背景技术

自上世纪第一台红宝石激光器被发明出来以后，激光技术得到了迅猛的发展，激光技术极大的促进了社会的进步和发展。偏振特性是激光的一项重要特性，通过大量实验研究通过改变激光的偏振特性可以有效的降低激光在湍流大气中闪烁指数，这一优势将可以大幅提高激光在大气传输中的质量，为大气激光通讯、激光武器、激光遥感等应用奠定基础。

近年来，通过改变激光的偏振特性来改善激光传输特性的研究引起了研究者们的兴趣，庞加莱光束就是这种具有特殊偏振的光束。在经典光学中，我们用Stokes参量来描述光束的光波的偏振状态，为了更加直观的表示光波的偏振状态，H.Poincaré提出了一种椭圆偏振光偏振状态的几何表示方法，该方法以Stokes参量中的S0为半径做一个球体，该球体就是庞加莱球，球面上每一个点都对应着不同的偏振状态，而全庞加莱光束的横截面上的偏振状态包含了庞加莱球面上所描述的所有偏振状态。

不同于传统的标量光束，全庞加莱光束对亚微米级颗粒的作用力分为三个部分，即：散射力、梯度力、卷曲力。由于特殊的偏振分布以及涡旋相位全庞加莱光束具有卷曲力，这种力可以有效的控制亚微米级颗粒。这就为全庞加莱光束应用于微粒操控、粒子囚禁等奠定了基础。除此之外，庞加莱光束可以有效的应用于光束整形，通过改变庞加莱光束初始参量可以在远场得到不同的光强分布，包括：空心光束、高斯光束、平顶光束等。全庞加莱光束的优良特性还不止于此，近期经实验验证，全庞加莱光束在湍流大气中传输时可以有效的降低光束的闪烁指数，通过改变全庞加莱光束的初始参数可以进一步减小湍流大气对光束的影响。

目前并没有合适的产生全庞加莱光束的装置和方法，有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种产生全庞加莱光束的装置和方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种全庞加莱光束的装置和方法。

本发明的技术方案如下：

一种产生全庞加莱光束的装置，包括，

光源，用于产生激发光；

扩束镜，用于接收来自所述光源的光束并且将所接收的光束进行扩束；

叉形光栅，刻蚀在光栅玻璃上，用于过滤所述光束得到零级高斯光束以及一级拉盖尔高斯光束的混合光束；

分光棱镜，用于接收来自所述叉形光栅的光束，将来自所述叉形光栅的光束分为透射混合光束和垂直于透射方向的反射混合光束；

第一圆形光阑，对分光棱镜中的透射混合光束进行过滤，过滤一级拉盖尔光束；

第一衰减片，用于接收第一圆形光阑过滤后的零级高斯光束并调节零级高斯光束的光强峰值；

第一平面镜，用于垂直反射第一衰减片的零级高斯光束；

半波片，用于接收第一平面镜反射的零级高斯光束，并调节零级高斯光束的偏振方向；

第二圆形光阑，对分光棱镜中的反射混合光束进行过滤，过滤零级高斯光束；

第二平面镜，用于垂直反射第二圆形光阑的一级拉盖尔光束；

第二衰减片，用于接收第二平面镜反射的一级拉盖尔光束并调节一级拉盖尔光束的光强峰值；

偏振分光棱镜，用于接收半波片射出的零级高斯光束和由第二衰减片射出一级拉盖尔光束用，并对接收到的零级高斯光束和由一级拉盖尔光束进行合成。

进一步的，所述光源为激光器，所述激光器为He-Ne气体激光器。

进一步的，所述光栅玻璃所用材料是熔凝石英SiO2，其折射率是1.45843。

进一步的，所述叉形光栅的线对数是20lp/mm(线对/毫米)，叉形光栅表面凸起的高度是入射光束的一个波长(本发明中d＝0.632um)，其中光栅表面凸起部分呈余弦分布。

一种产生全庞加莱光束的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1:光源发出准直的高斯光束，经扩束镜后射向叉形光栅，高斯光束通过光栅玻璃后取零级高斯光束以及一级拉盖尔高斯光束；

S2：零级高斯光束和一级拉盖尔光束经过分光棱镜，分别透射和反射后用第一圆形光阑将透射过的一级拉盖尔光束滤掉，用第二圆形光阑将反射的零级高斯光束滤掉；

S3：将所述步骤S2中透射的零级高斯光束射向第一衰减片，零级高斯光束通过第一衰减片后用第一平面镜将其垂直反射至半波片，

S4：将所述步骤S2中反射的一级拉盖尔光束射向第二平面镜，经第二平面镜垂直反射后射向第二衰减片；