专利摘要

本发明涉及一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，包括被检测光束导入模块、由光场振幅调制模块和光场波前相位调制模块组成的光场调制环节、光场分析模块、光场聚焦特性分析模块、偏振参数提取输出模块，将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，将调控过的螺旋偏振光场经过光学系统进行聚焦，利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值，本发明具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。

权利要求

1.一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，包括被检测光束导入模块(1)、由光场振幅调制模块(2)和光场波前相位调制模块(3)组成的光场调制环节、光场分析模块(4)、光场聚焦特性分析模块(5)、偏振参数提取输出模块(6)，其特征在于：被检测光场经被检测光束导入模块(1)进入光场调制环节，所述光场振幅调制模块(2)将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯振幅分布公式中θ为光束垂直光束光轴平面上坐标点相对于聚焦光学系几何焦点连线与光束光轴的夹角，w为空心高斯振幅分布的束腰半径与聚焦光学系统入瞳半径的比值，P为空心高斯光场的光束级数，NA为聚焦光学系统的数值孔径；所述光场波前相位调制模块(3)把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布公式中α为聚焦光学系统的会聚角，NA＝n·sin(α)，n为聚焦所处环境的光学折射率，M称为径向余弦演化相位参数调制，所述光场分析模块(4)对光场调制情况进行监测，并将检测偏差反馈给光场振幅调制模块(2)和光场波前相位调制模块(3)，用以调制优化；由光场振幅调制模块(2)和光场波前相位调制模块(3)调制后的被检测光场经过聚焦后，通过光场聚焦特性分析模块(5)对焦点区域光强分布进行分析，光场聚焦特性分析模块(5)利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，将信息传输给偏振参数提取输出模块(6)；偏振参数提取输出模块(6)得到光场聚焦特性分析模块(5)传来的焦点区域光强分布信息后，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值。

2.根据权利要求1所述的螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，其特征在于：所述光场振幅调制模块(2)为液晶型空间光调制器、渐变镀膜光束转换器、微纳器件光束转换器的一种。

3.根据权利要求1所述的螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，其特征在于：所述光场波前相位调制模块(3)为液晶型相位空间光调制器或相位板。

4.根据权利要求1所述的螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，其特征在于：所述被检测光束导入模块(1)是反射镜、棱镜、保偏光束转换器的一种。

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振参数检测系统，特别是一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，主要应用在光电检测、光学显微、光学微操纵、光通信、智慧感知、分析技术、光磁技术、生命医疗、生物技术、健康检测、人机交互、智能控制、行为组织等领域中的螺旋偏振光场的偏振参数检测。

背景技术

随着光学技术的发展，光源的偏振态除了线偏振、椭圆偏振(圆偏振)外，还出现了方位角偏振(azimuthally polarized)、径向偏振(radially polarized)和圆偏振涡旋光束(circularly polarized vortex beam)、螺旋偏振(spiral polarized)等特殊偏振光束。这些不同偏振光的聚焦特性各不相同，有着各自独特的优点及用途。例如，方位角偏振光经过透镜聚焦后，在像空间只有方位角偏振光，无径向偏振分量和轴向分量；径向偏振光经过透镜聚焦后，在像空间只有径向偏振和轴向分量，无方位角偏振分量，且能够在焦点附近产生极大的轴向分量；涡旋光束则可以有效地用于微粒子的控制。螺旋偏振光束具有十分广阔应用场景，在光电检测、光学显微、光学微操纵、光通信、智慧感知、分析技术、光磁技术、生命医疗、生物技术、健康检测、人机交互、智能控制、行为组织等领域中，光学系统设计和实现考虑螺旋偏振的影响，将能够更有效地提高应用所需特性，螺旋偏振光场偏振参数的确定是充分利用开发螺旋偏振光场前提条件，偏振参数测试至关重要。

在先技术中，存在偏振参数检测方法，广泛存在光学课本和实际光电系统中，基本检测原理就是被检测光场经过偏振分光镜进行分光，两个正交偏振态分量分离成两个光路，在两个不同偏振态分量光束上分别设置有光电传感器，根据两个光电传感器的光电信息计算推导出偏振参数，可以参见美国专利中的偏振参数检测部分，专利名称为Atomicmagnetometer,专利号为US8212556B1，专利授权时间为2012年07月03日。在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足：1)本检测方法原理上是对偏振光场进行不同偏振分量的光场分束，光电检测不同分量光场强度信息进行推算偏振参数的偏振角检测，适合检测线偏振光的偏振方向，原理上无法实现螺旋偏振光场的偏振参数检测；2)检测装置检测灵敏度受限于偏振分光镜和光强光电传感元件，通过不同光场分量进行偏振特性检测，机理上影响检测灵敏度；3)检测针对空间偏振态的偏振转换进行测量，本质上是空间局部偏振状态，无法检测给出对偏振整体表述时体现出来的偏振态表达式中的物理参数；4)偏振态检测技术的灵活性有限，功能不易扩充，受到非偏振态参数影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，该系统具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。

本发明的技术方案是：一种螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，包括被检测光束导入模块、由光场振幅调制模块和光场波前相位调制模块组成的光场调制环节、光场分析模块、光场聚焦特性分析模块、偏振参数提取输出模块，被检测光场经由光束导入模块进入光场调制环节，所述光场振幅调制模块将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯振幅分布 公式中θ为光束垂直光束光轴平面上坐标点相对于聚焦光学系几何焦点连线与光束光轴的夹角,w为空心高斯振幅分布的束腰半径与聚焦光学系统入瞳半径的比值，P为空心高斯光场的光束级数，NA为聚焦光学系统的数值孔径；所述光场波前相位调制模块把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布 公式中α为聚焦光学系统的会聚角，NA＝n·sin(α)，n为聚焦所处环境的光学折射率，M称为径向余弦演化相位参数调制，所述光场分析模块对光场调制情况进行监测，并将检测偏差反馈给光场振幅调制模块和光场波前相位调制模块，用以调制优化；由光场振幅调制模块和光场波前相位调制模块调制后的被检测光场经过聚焦后，通过光场聚焦特性分析模块对焦点区域光强分布进行分析，光场聚焦特性分析模块利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，将信息传输给偏振参数提取输出模块；偏振参数提取输出模块得到光场聚焦特性分析模块传来的焦点区域光强分布信息后，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值。

所述光场振幅调制模块为液晶型空间光调制器、渐变镀膜光束转换器、微纳器件光束转换器的一种。

所述光场波前相位调制模块为液晶型相位空间光调制器或相位板。

所述被检测光束导入模块是反射镜、棱镜、保偏光束转换器的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)在先技术检测方法原理上是对偏振光场进行不同偏振分量的光场分束，光电检测不同分量光场强度信息进行推算偏振参数的偏振角检测，适合检测线偏振光的偏振方向，原理上无法实现螺旋偏振光场的偏振参数检测。本发明基于矢量光场聚焦原理，将振幅调制和相位调制相结合，将调控过的螺旋偏振光场经过光学系统进行聚焦，利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算螺旋偏振光场偏振参数的具体数值，具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场等特点；

2)在先技术检测装置检测灵敏度受限于偏振分光镜和光强光电传感元件，通过不同光场分量进行偏振特性检测，机理上影响检测灵敏度。本发明利用矢量光场理论，将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，利用焦点移动检测螺旋偏振光场偏振参数的具体数值，焦点移动是指焦点区域光强最大值相对于聚焦系统几何焦点的偏移量，本发明不受限于偏振分光镜和光强光电传感元件，具有灵敏度高特性；

3)在先技术检测针对空间偏振态的偏振转换进行测量，本质上是空间局部偏振状态，无法检测给出对偏振整体表述时体现出来的偏振态表达式中的物理参数。本发明通过光场特殊调制，将描述螺旋偏振光场的偏振参数与焦移关联起来，本质上可以实现偏振态物理参数测量；

4)在先技术偏振态检测技术的灵活性有限，功能不易扩充，受到非偏振态参数影响。本发明将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，调控技术灵活，并且可以构建调控后光场的实时闭环反馈，具有灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。

附图说明

图1为本发明的螺旋偏振光场的偏振参数检测系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的螺旋偏振光场的偏振参数检测系统，基于矢量光场聚焦原理，将振幅调制和相位调制相结合，将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，将调控过的螺旋偏振光场经过光学系统进行聚焦，利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值。

该系统包括被检测光束导入模块1、由光场振幅调制模块2和光场波前相位调制模块3组成的光场调制环节、光场分析模块4、光场聚焦特性分析模块5、偏振参数提取输出模块6。

本实施例的具体实现步骤为：

步骤1)被检测光场经过被检测光束导入模块1进入被检测流程，被检测光场是自由空间光束，光束导入模块1是反射镜、棱镜、保偏光束转换器的一种，本实施例中光束导入模块1采用反射镜，只改变检测光场传输方向，导引被检测光场入射光场调制环节；

步骤2)被检测光场经由被检测光束导入模块1，进入光场调制环节，光场调制环节包括光场振幅调制模块2和光场波前相位调制模块3，经过光场振幅调制模块2和光场波前相位调制模块3调制后的光束经过聚焦光学系统进行聚焦；光场振幅调制模块2将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯振幅分布，空心高斯振幅分布 公式中θ为光束垂直光束光轴平面上坐标点相对于聚焦光学系几何焦点连线与光束光轴的夹角，w为空心高斯振幅分布的束腰半径与聚焦光学系统入瞳半径的比值，P为空心高斯光场的光束级数；NA为聚焦光学系统的数值孔径；光场波前相位调制模块3把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，相位分布 公式中α为聚焦光学系统的会聚角，NA＝n·sin(α)，n为聚焦所处环境的光学折射率，M称为径向余弦演化相位参数，光场分析模块4对光场调控情况进行监测，检测偏差反馈给经过光场振幅调制模块2和光场波前相位调制模块3，用以调制优化；在本实施例中NA＝0.95，w＝1，n＝1，P＝2，光场振幅调制模块2为液晶型空间光调制器，光场波前相位调制模块3为液晶型相位空间光调制器，实施例先进行振幅调解再进行相位调节，实际上振幅和相位调节没有固定调节次序，也可以进行相位调解再进行振幅调节；

步骤3)经过调制的被检测光场经过聚焦后，由光场聚焦特性分析模块5对焦点区域光强分布进行分析，光场聚焦特性分析模块5利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，将信息传输给偏振参数提取输出模块6；

步骤4)偏振参数提取输出模块6得到光场聚焦特性分析模块5传来的焦点区域光强分布信息后，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值；本实施例中，被检测光束螺旋偏振光场的偏振表达式为， C称为偏振参数，本实施例成功实现了C的数值。

本实施例将被检测光束的横向光强分布调制成空心高斯强度分布，把被检测光束的波前相位分布调制成径向余弦演化的相位分布，将调控过的螺旋偏振光场经过光学系统进行聚焦，光场特殊调制，将描述螺旋偏振光场的偏振参数与焦移关联起来，本质上实现偏振态物理参数测量，实施例可以实现螺旋偏振光场的偏振参数从1到3的测量，具有方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强等特点。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明中光电传感器及其使用方法、机械结构、信号传输等均为成熟技术，本发明的发明点在于基于矢量光场聚焦原理，将振幅调制和相位调制相结合，利用光电探测器检测焦点区域轴上光强分布，利用矢量光场聚焦特性，根据焦点移动量计算出表征螺旋偏振光场整体偏振态分布分偏振参数具体数值，给出一种方法简单、流程简洁、可以检测螺旋偏振光场、灵敏度高、可实现偏振态物理参数测量、灵活性强、功能易于扩充、抗干扰性强的一种螺旋偏振光场的偏振参数检测方法，本质上避免在先技术的不足。

螺旋偏振光场的偏振参数检测系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。