[发明专利]时空矢量光场生成装置及方法

说明书

本发明涉及一种时空矢量光场生成装置及方法，该装置包括依次排列的第一分光元件、第一光学准直元件、第一四分之一波片、相位调控元件、第二四分之一波片、第二光学准直元件与第二分光元件，第一光学准直元件到所述第一分光元件的间距与到相位调控元件的间距相等，且等于第一光学准直元件的焦距。第二光学准直元件到第二分光元件的间距与到相位调控元件的间距相等，且等于第二光学准直元件的焦距。第二四分之一波片与第一四分之一波片关于相位调控元件镜像对称。上述时空矢量光场生成装置及方法，可用于产生在时空域内有复杂偏振分布的时空矢量光场。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种时空矢量光场生成装置及方法。

背景技术

光场指在时间域和空间域内有特定分布的光学频率电磁场。通常情况下，对于光场的研究可以分为在横向x-y面内分布的光场，即对光束的研究；在时间域内分布的光场，即对光脉冲的研究，和在x-y平面内以及时域内分别有特定分布的三维波包。对于时空域内不耦合的三维波包，其光场可以由E(x,y,t)＝E(x,y)·E(t)的形式表达。

近年来，科学家们发现在时空域内耦合的三维波包可以具有独特的时空传播特性和物理特性，对于研制新型的光量子器件、新型光量子通信以及基础物理学的研究都有重要意义，时空光场也因此成为了新的研究热点。例如，具有特定分布时空光场可以实现显著的反常时空折射现象。光场在传播过程中可以“违背”古老的斯涅尔定律，在经过界面后以可控的群速度传播。这样的时空光场可以为新型遥感、地下成像、光学同步、相控阵雷达等技术应用提供新的可能性。

产生新型的时空光场需要新的光场调控技术，传统的时空光场调控技术依赖于利用相位调控元件对时空光场实施相位调控或强度调控，产生偏振状态为线偏振态的时空光场。并且，缺乏对时空光场偏振实施调控的手段，难以产生在时空域内具有复杂偏振分布的时空矢量光场。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够产生在时空域内具有复杂偏振分布的时空矢量光场的时空矢量光场生成装置及方法。

一种时空矢量光场生成装置，所述装置包括依次排列的第一分光元件、第一光学准直元件、第一四分之一波片、相位调控元件、第二四分之一波片、第二光学准直元件与第二分光元件，所述第一光学准直元件到所述第一分光元件的间距与到所述相位调控元件的间距相等，且等于第一光学准直元件的焦距；

所述第二光学准直元件到所述第二分光元件的间距与到所述相位调控元件的间距相等，且等于第二光学准直元件的焦距；

所述第二四分之一波片与所述第一四分之一波片关于所述相位调控元件镜像对称。

进一步的，所述第一分光元件和第二分光元件为反射式光栅、透射式光栅或三棱镜。

进一步的，所述第一光学准直元件和所述第二光学准直元件为柱透镜或柱面镜。

进一步的，所述相位调控元件为空间光调制器或定制的相位面板。

一种时空矢量光场生成方法，所述方法包括：

将准直时空光场入射至时空矢量光场生成装置，依次通过第一分光元件、第一光学准直元件、第一四分之一波片与相位调控元件；

使第一四分之一波片的快轴与y轴夹+45°角；

将相位调控元件选择为反射式器件，调整相位调控元件对偏振方向在y方向的光场施加相位调控，光场经过所述相位调控元件反射后，按原路返回，经所述第一四分之一波片、第一光学准直元件和第一分光元件重构为准直的时空矢量光场。

进一步的，经过所述时空矢量光场生成装置后，光场将在时空域内获得偏振旋转并得到一个额外的相位，偏振旋转的角度与相位的大小为所述相位调控元件施加相位的二分之一。

进一步的，所述方法还包括：