[发明专利]简并六波混频信号产生及双简并六波混频信号共生装置

说明书

本发明提出一种简并六波混频信号产生装置及两组简并六波混频信号共生装置，所述简并六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、原子分子蒸汽吸收室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，在经偏振片生成六束或十二束平行分布的同频同相位偏振光，滤除其中一束或两束后，剩余五束或十束同频同相位偏振光在原子分子蒸汽吸收室内基于五阶非线性效应产生单简并六波混频信号或双简并六波混频信号输出。本发明所述装置具有通用性强、结构简单、便于控制、设计合理、成本低易于推广等优点。

技术领域

本发明属于非线性光学应用技术领域，具体涉及一种单组简并六波混频信号产生装置、双组简并六波混频信号共生装置，以及其光谱产生装置与方法。

背景技术

六波混频是一种重要的五阶非线性过程，五束入射光同时与样品相互作用，在满足相位匹配的条件下，产生第六束光，称为六波混频信号，若五束入射光频率相等则称为简并六波混频。简并六波混频是一种高灵敏度、高分辨率、高信噪比的光谱技术。现有技术中传统的简并六波混频装置的五束光相互独立，装置复杂，难以控制，且易受外界干扰。而且现有技术中的简并六波混频装置只能产生单组简并六波混频信号，无法产生共存的双组简并六波混频信号。

发明内容

本发明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简并六波混频信号产生装置，包括单组简并六波混频信号产生装置和双组简并六波混频信号产生装置。本发明利用柱矢量光通过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六波混频信号（简并六波混频），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。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种简并六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、原子分子蒸汽吸收室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、原子分子蒸汽吸收室7和第二空间光滤光片8依次设置于同一光路上，所述激光器输出的具有高斯分布的激光束经第一线偏振片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后生成六束平行分布的同频同相位线偏振光，所述同频同相位线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滤除其中一束光后，剩余五束同频同相位线偏振光经聚焦透镜6聚焦于所述原子分子蒸汽吸收室7，并在原子分子蒸汽吸收室7内基于五阶非线性效应产生简并六波混频信号。

进一步的根据本发明所述的简并六波混频信号产生装置，其中所述激光器输出的高斯激光束的激光波长处于所述原子分子蒸汽吸收室的共振吸收波长处，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。

进一步的根据本发明所述的简并六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，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，每个半波片基于其快轴方向使入射激光束的偏振方向发生二倍于快轴方向偏转角度的偏转；所述激光器输出的激光束经线偏振处理后再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，且m=3。