[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

说明书

本发明提出一种基于矢量光场的多波混频信号及其光谱、光斑产生装置与产生方法，其中多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、可饱和吸收样品池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，在经第二线偏振片生成多束平行分布的同频同相位偏振光，滤除其中一束或多束后，在可饱和吸收样品池内基于多阶非线性效应产生多波混频信号输出。本发明所述装置具有较强的通用性，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。

技术领域

本发明属于非线性光学应用技术领域，具体涉及一种基于矢量光场的多波混频信号产生装置、多波混频信号光谱产生装置与产生方法、多波混频信号光斑产生装置与产生方法。

背景技术

混频是一种重要的非线性光学过程，多束入射光同时与样品相互作用，在满足相位匹配的条件下，产生混频信号，若入射光频率相等则称为简并混频。简并混频信号是一种高灵敏度、高分辨率、高信噪比的光谱技术。现有技术中传统的简并混频信号产生装置的入射光束相互独立，装置复杂，难以控制，且易受外界干扰。在此基础上的更高阶的多波混频过程装置更加复杂，为实验带来很大难度。

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多波混频信号产生装置、多波混频信号光谱产生装置与产生方法、多波混频信号光斑产生装置与产生方法。所述多波混频信号产生装置利用柱矢量光通过第二线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多波混频信号，而且通过改变柱矢量光的拓扑荷数能够得到其他更复杂的多波混频信号，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：

一种基于矢量光场的多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、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。

进一步的根据本发明所述的多波混频信号产生装置，其中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。