[发明专利]一种单元件分束合束干涉仪

说明书

本发明涉及一种单元件分束合束干涉仪，包括元件，光束进入元件后分为两束光，即第一束光和第二束光，所述第一束光和第二束光在元件内分别经过偶数次和奇数次反射，反射后两束光在元件内重新合束，最终从元件射出。本发明解决了现有干涉仪由多个元件组成，相当复杂，稳定性不足等问题，通过反射次数奇偶性不同能够在元件内同时实现分束和合束，具有紧凑稳定、高度集成化、高效率、耐受大功率等优势，在许多应用场景可以替代传统的多元件构成的干涉仪，例如，但不限于在矢量光场生成、涡旋光束拓扑荷测量、量子光学逻辑门等方面具有广泛潜在应用。

技术领域

本发明涉及干涉仪和棱镜器件技术领域，具体地说是一种单元件分束合束干涉仪。

背景技术

现有棱镜的作用通常是分光、改变传播方向、色散、偏振分光等。在单棱镜中同时实现“分束+合束”双过程的棱镜尚属空白。在光场调控和应用中，最常见的一类手段和需求是：先对光束进行分束(分振幅或者分波前)，然后分别对两束光进行调制后再合束输出。最常用的方法是利用各种干涉光路：例如Sagnac干涉仪、马赫曾德干涉仪、迈克尔逊干涉仪等。但是使用这类干涉仪往往需要多个使用多个光学元件构成光路，且为了保证足够的空间放置这些元件，干涉臂往往相对较长，多元件和较长的光程二者共同对光路稳定性造成负面影响。因此，如何将单棱镜简洁稳定的优势和干涉仪光场调控的功能融合到一个元件上，对于光场调控及高维量子光学实验等需要大量使用干涉仪的场合，具有十分重要的科学和实用意义。目前基于这个思路的研究和发明几乎空白。

同时，这种单元件干涉仪在矢量光场生成、涡旋拓扑荷测量、量子光学中具有十分重要的应用价值和意义。目前的矢量光场生成方式主要分为主动生成方法和被动生成方法，其中，主动生成方法通常指在激光谐振腔内直接产生空间偏振非均匀分布的矢量光束，例如，2005年和2006年，分别有研究小组设计特殊的谐振腔产生了径向矢量光场，2016年Forbes小组利用在激光谐振腔内加入涡旋相位元件及偏振元件在腔内生成了多种矢量光场，这类生成方法效率高且稳定，但是灵活性较差，往往不能在多种矢量光场之间灵活切换。被动生成方法主要是在激光谐振腔外，利用各类位相、振幅、偏振调控元件，生成矢量场。这类方法往往较为灵活，尤其是伴随着液晶空间光调制器的发展，往往可以灵活地生成各类矢量光场，例如王慧田研究小组利用空间光调制器和4f系统构建了任意矢量光场生成系统，但是被动法生成矢量光场往往涉及到大量光学元件，而且大部分基于分束干涉的原理，虽然各类干涉仪各有特色，但是都涉及到多个元件共同配合完成干涉，光路不够简洁和稳定。因此一种简洁、稳定、高效的矢量光场生成装置，对于矢量光场的广泛应用具有重大意义。

此外，涡旋光场在近30年取得了很大的发展，在光学微操纵、超分辨显微成像、微纳加工、非线性光学、量子光学等领域被广泛应用，其中，如何高效准确地测试涡旋光场地拓扑荷，对于各类应用都具有十分重要地意义。研究者们发明了一系列方法测量涡旋光场的拓扑荷：利用旋转多普勒效应、利用涡旋光束特殊的衍射或者干涉图样等。例如采用双缝干涉，三角孔衍射、柱透镜聚焦、马赫曾德干涉仪等方法测量拓扑荷。然而这类方法有一定的局限性，往往不能兼顾简便性和易读性，尤其是当待测拓扑荷非常大的情况下，不易读取。因此，一种简洁紧凑的适用于任意大小拓扑荷测量的装置对于涡旋光的应用具有重大意义。

综上，如何提供一种单元件分束合束干涉仪，以解决现有技术所存在的问题，对其应用具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种单元件分束合束干涉仪，以适用于高温介质通断的平板阀结构，实现高温介质管道的安全可靠通断，满足高温油气传输、化学冶炼和核电站冷却等高温环境下的使用要求。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种单元件分束合束干涉仪，包括元件，光束进入元件后分为两束光，即第一束光和第二束光，所述第一束光和第二束光在元件内分别经过偶数次和奇数次反射，反射后两束光在元件内重新合束，最终从元件射出。

优选地，所述元件包括分光平面，所述分光平面为偏振分光平面或非偏振分光平面。