专利摘要

本发明涉及矢量光测量的技术领域，更具体地，涉及一种基于光学几何变换的矢量光测量装置。包括测量器件主体、光功率计；单模光纤在测量器件主体的一端，并可用光功率计直接读取单模光纤输出光功率。测量器主体是一个集成的光学自由曲面器件，它包括液晶偏振光栅、光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区，并包含两个完全对称的部分。光学几何变换区，相位补偿聚焦区和光束整形区三者之间间隔完全相等。本发明所述器件具有低损耗、灵活性高、使用方便等优点，可被广泛应用于矢量光测量，编码通信等领域。

权利要求

1.一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于，包括测量器件主体（1），单模光纤（2）、光功率计（3），所述单模光纤（2）在测量器件主体（1）的一端，光功率计（3）可与单模光纤（2）相连，并可直接读取单模光纤输出光功率；所述测量器件主体（1）是一个集成光学器件，它包括液晶偏振光栅（1.1），光学几何变换区（1.2,1.3）、相位补偿聚焦区（1.4,1.5）、光束整形区（1.6,1.7）；光学几何变换区（1.2,1.3）、相位补偿聚焦区（1.4,1.5）、光束整形区（1.6,1.7）为等间距分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于：所述的测量器件主体（1）中液晶偏振光栅（1.1）由液晶制作，光学几何变换区（1.2,1.3）、相位补偿聚焦区（1.4,1.5）、光束整形区（1.6,1.7）由玻璃、陶瓷、晶体及有机聚合物透明材料制作。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于：所述的器件采用飞秒激光作为加工方法；对于液晶偏振光栅（1.1），飞秒激光照射液晶，使得液晶内部晶轴按一定规律分布，使得其可以分离左右旋的圆偏振光，并使得分离出的左右旋圆偏光按特定方向传播；对于光学几何变换区（1.2,1.3）、相位补偿聚焦区（1.4,1.5）、光束整形区（1.6,1.7），飞秒激光加热被照射材料区域，诱导其折射率发生改变，从而在在材料内部刻写出特定折射率区域分布，其中（1.2）和（1.3），（1.4）和（1.5），（1.6）和（1.7）的折射率分布相同；最后，将以上区域封装成一个集成光学元器件，即所用测量器件主体（1）。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于：所述的测量器件主体可将矢量光分离成两束圆偏振涡旋光，并通过测量这两束涡旋光的拓扑荷，最终测得矢量光的偏振拓扑阶数。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于：所述的单模光纤（2）数量为多个，单模光纤的的数量可根据需要变化。

6.根据权利要求1所述的一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其特征在于：所述的测量器件主体（1）输入矢量光可以为任意频率和波长。

说明书

技术领域

本发明涉及矢量光测量的技术领域，更具体地，涉及一种基于光学几何变换的矢量光测量装置。

背景技术

矢量光，是偏振态在空间每点有变化的空间模式。矢量光由于其独特的聚焦性质、偏振特性和拓扑结构等特点，因此其在光学微粒操纵、光学成像、光通信、光存储及光传感等领域都具有重要研究价值，尤其作为模式复用的方式在光通信领域具有极大的潜力。最引人注目的是，称之为矢量涡旋光的矢量光。

矢量涡旋光，通常也称为柱矢量光（CVB）或柱矢量模，其偏振拓扑阶数可以定义为360°偏振态沿着方位轴变化的重复次数，其符号表示偏振的旋转方向。

频分和波分复用技术是目前主流光通信复用技术，随着现有通信容量和带宽瓶颈，人们需要一种新型的复用技术。而由于矢量光是光纤中的本征模式，且不同偏振态的矢量光彼此正交，所以矢量光复用可极大提升光通信容量。另外，利用矢量涡旋光的偏振拓扑阶数的无限性，矢量光也可用于编码通信。

但是，怎样判断测量矢量涡旋光的偏振拓扑阶数还是一个难题，阻碍了矢量涡旋光的进一步发展应用。

目前，对矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量方法比较少。2015年，Milione等人利用q玻片进行测量，但这种方法只能测量一次测量一个矢量涡旋光，且比较复杂。2015年，Moreno等人主要利用涡流传感衍射光栅进行测量，但是这种测量方法测量的矢量涡旋光仅限于特定几种，且损耗较大，不利于实际通信系统的应用。

为了能够提高测量的精确度和测量范围，可考虑将光学几何变换方法引入到矢量涡旋光偏振拓扑阶数的测量中。由于矢量涡旋光可看做是两束带相反拓扑荷的左右旋涡旋光的叠加，因此可将矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量问题转化为涡旋光拓扑荷的测量问题。而2010年Berkhout等人提出可将一种基于笛卡尔—极坐标的光学几何变换方法用于涡旋光拓扑荷的测量。通过光学几何变换，可将涡旋光展开成带有相位梯度的倾斜平面波，经过透镜的聚焦，不同拓扑荷的涡旋光会聚焦到不同的横向位置，从而实现高效的分离。理论上，光学几何变换没有能量损失，除了光学器件造成的损耗外没有其他能量损失，因此光学几何变换具有损耗低的优点。通过对左右旋两路涡旋光的测量，即可得知矢量涡旋光偏振拓扑阶数。考虑到简便性和波长普适性，可基于上述方法加工集成光学器件，更好地应用在实际测量中。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，采用飞秒激光器改变材料晶轴和折射率分布的方法制作一个集成光学器件，用于实现较为简便的矢量涡旋光偏振拓扑阶数测量。

本发明的技术方案是：一种基于光学几何变换的矢量光测量装置，其中，包括测量器件主体，单模光纤、光功率计，所述单模光纤在测量器件主体的一端，光功率计可与单模光纤相连，并可直接读取单模光纤输出光功率；所述测量器件主体是一个集成光学器件，它包括液晶偏振光栅，光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区；光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区为等间距分布。

进一步的，所述的测量器件主体中液晶偏振光栅由液晶制作，光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区由玻璃、陶瓷、晶体及有机聚合物透明材料制作。

所述的器件采用飞秒激光作为加工方法；对于液晶偏振光栅，飞秒激光照射液晶，使得液晶内部晶轴按一定规律分布，使得其可以分离左右旋的圆偏振光，并使得分离出的左右旋圆偏光按特定方向传播；对于光学几何变换区、相位补偿聚焦区、光束整形区，飞秒激光加热被照射材料区域，诱导其折射率发生改变，从而在在材料内部刻写出特定折射率区域分布，最后，将以上区域封装成一个集成光学元器件，即所用测量器件主体。

进一步的，所述的测量器件主体可将矢量光分离成两束圆偏振涡旋光，并通过测量这两束涡旋光的拓扑荷，最终测得矢量光的偏振拓扑阶数。

进一步的，所述的单模光纤数量为多个，单模光纤的的数量可根据需要变化。

进一步的，所述的测量器件主体输入矢量光可以为任意频率和波长。

与现有技术相比，有益效果是：本器件具有集成化的特点，本器件的总损耗小；本器件的损耗主要来源于光纤耦合，材料吸收；除此之外没有其他的损耗。本器件拥有与光纤耦合的外部结构，使用时只需要将光纤直接接入即可使用，使用方便且精确度高。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

方式1：

如图1所示，单模光纤所连那端为输出端，另外一端输入矢量涡旋光，矢量涡旋光可以是直接照射到测量器件上，也可以通过光纤耦合入射到器件中。

对于单一偏振拓扑阶数的矢量涡旋光，其经过液晶偏振光栅后，会分成两束圆偏光，一束是左旋涡旋光，另一束是右旋涡旋光，假设其拓扑荷分别为m和-m。左旋和右旋涡旋光光会按照预定路径分别传播到1.2和1.3所对应的光学几何变换区。1.2和1.3是完全相同的几何变换区。经过几何变换区后，左旋和右旋涡旋光均会逐渐展开，经过一段距离，假设为d,在1.4和1.5所对应的相位补偿聚焦区分别形成矩形光斑，但此时的矩形光斑相位是杂乱的。再经过1.4和1.5所对应的相位纠正，就会分别形成具有相位梯度的倾斜平面波，且相位梯度随拓扑荷不同呈线性变化。由于相位补偿聚焦区域还有聚焦作用，所以再经过相同的传播距离d,倾斜平面波会被分别聚焦成长条形光斑。且长条形光斑的位置与拓扑荷的特定值m和-m。然后，长条形光斑经过光束整形区，会在对应的每个小区域被整形成为类高斯光，类高斯光耦合可进入单模光纤中。因此，根据耦合单模光纤的输出光功率，由输出光功率最大的光纤位置就可以确定对应拓扑荷的值m和-m。m即对应偏振拓扑荷阶数。

方式2：

对于多偏振拓扑阶数的复合矢量涡旋光，假设有两个偏振拓扑荷数复合，那么，对于其中每一个矢量涡旋光模式，均按上述过程进行。

假设最后测得涡旋光的拓扑荷数有m,n,-m,-n，那么该矢量涡旋光就是由

偏振拓扑荷为m和n的矢量涡旋光复合而成的。

输入矢量涡旋光可以为任意频率和波长，因此适用性较广。测量器件的集成化，使得上述光学变换过程都在器件内部完成，不收空气的扰动，受外界的影响小，工作稳定。

本发明所述器件大体为折射型器件，除了少量的散射和吸收外，其他多余的能量损失较小，因此效率高，测量结果较为精确。

本发明在矢量光偏振拓扑荷阶数测量上的应用，可为进一步利用矢量光进行光通信最好技术上的铺垫和准备。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

一种基于光学几何变换的矢量光测量装置专利购买费用说明

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》。