[发明专利]多波混频信号产生装置及其光谱、光斑产生装置与方法

权利要求书

1.一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置，其特征在于，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）、可饱和吸收样品池（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）、可饱和吸收样品池（7）和第二空间光滤光片（8）依次设置于同一光路上，所述激光器输出的激光束经过第一线偏振片（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）后生成多束平行分布的同频同相位偏振光，该多束平行分布的同频同相位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）滤除其中一束或多束同频同相位偏振光后，形成满足多波混频条件的剩余多束同频同相位偏振光，该剩余多束同频同相位偏振光经聚焦透镜（6）聚焦于所述可饱和吸收样品池（7），并在可饱和吸收样品池（7）内基于多阶非线性效应产生多波混频信号，产生的多波混频信号经所述第二空间光滤光片（8）后输出。

2.根据权利要求1所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述激光器输出的激光束为高斯光束，激光波长处于所述可饱和吸收样品池的共振吸收波长处，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。

3.根据权利要求1或2所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述矢量光产生装置（2）为柱矢量光产生装置，所述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；所述激光器输出的激光束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，所述柱矢量光产生装置可产生多种拓扑荷数的柱矢量光场。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述矢量光场经过所述第二线偏振片（3）后生成多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，所述扩束镜（4）将所述线偏振光扩束到第一空间光滤光片（5），并使得其中一束或多束线偏振光入射到第一空间光滤光片（5）对应的特定滤光位置，所述第一空间光滤光片（5）在其特定位置具有滤光功能，通过第一空间光滤光片（5）后的剩余多束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光满足可饱和吸收样品池（7）的多波混频条件，其中所述可饱和吸收样品池（7）基于三阶、五阶或更高阶非线性效应产生多波混频信号。

5.根据权利要求4所述的多波混频信号产生装置，其特征在于，所述多波混频信号产生装置为简并四波混频信号产生装置，其中所述激光器是连续可调谐的环形钛宝石激光器，所述矢量光产生装置（2）为拓扑荷数等于二的柱矢量光产生装置，所述激光器输出的激光束经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分布的柱矢量光场，所述柱矢量光场经过所述第二线偏振片（3）后生成四束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光，经过所述第一空间光滤光片（5）滤掉其中一束后剩余三束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光经聚焦后入射到可饱和吸收样品池（7），所述可饱和吸收样品池（7）为含有铷蒸气的可饱和吸收样品池，入射的三束平行分布的同频率、同相位和同偏振的线偏振光在可饱和吸收样品池（7）基于三阶非线性效应产生简并四波混频信号。