萨尼亚克代可控圆柱矢量光束干涉仪

文摘

我们报道了一种新颖的实验几何生成圆柱矢量光束在一个非常健壮的方式。连续控制光束的性质获得使用一个光寻址空间光调制器纳入一个萨尼亚克干涉仪。分叉的计算机生成全息图允许引入不同的拓扑电荷而正交偏振光束干涉仪中允许偏振编码的空间分布。我们还展示了一代的复杂波形通过结合两个正交梁有径向调节和方位混乱。

1。介绍

众所周知,圆柱矢量光束都是矢量波动方程的解决方案(1]。这些解决方案已经圆柱对称振幅和极化(2]。圆柱矢量光束的独特的光学性质使其吸引力等应用光学镊子(3- - - - - -6)、单分子成像(7,8),和等离子体激9]。出于这些应用程序,生成的各种方法提出了圆柱矢量光束(10- - - - - -20.]。这些方法通常可以分为主动和被动的方法(2]。修改活动方案,谐振腔激光器,激光振荡所需的圆柱矢量模式(10- - - - - -12]。在被动方法中传统的激光光束的波前(即。高斯光束)转换成所需的模式(13- - - - - -15]。典型的被动方案使用空间光调制器(SLM),因为它允许灵活的方式生成和修改所选圆柱矢量光束(16- - - - - -18]。

在本文中,我们提出一个新颖的方法来生成所需的圆柱矢量光束的偏振配置使用光可寻址控制SLM纳入萨尼亚克干涉仪(19,20.]。这个方案使干涉光束,可以轻松地调整和空间变异在相位和偏振。

2。实验装置

实验安排产生圆柱矢量光束如图1。氩激光器的线性偏振光(JDS Uniphase,功率100 mW)的波长532 nm横电磁基态模式TEM00减毒、过滤、平行。衰减器是用来控制输入强度萨尼亚克干涉仪。平行梁是由第一金属镜(M1)向半波板(HWP)之后,梁被重定向的第二金属镜(M2)向50/50偏振分束器(PBS)多维数据集。,传入的梁分为水平偏振光束(分)和垂直偏振光束(分)。在半波板,线偏振激光的调整到一个45°角,确保强度的比率- - -制造1:1。在图1偏振分束器(PBS),这两个金属镜子(M3, M4)和光学可寻址PAL-SLM(滨松,模型PPMX8267)构成一个完整的萨尼亚克干涉仪。的光学路径- - -制造干涉仪是相等的;也就是说,。两个叉计算机生成全息图(cgh),由两端,都显示在SLM c(和窗口位置、职责)。液晶显示LCD-coupled PAL-SLM模块的分辨率像素和实时控制使用Matlab软件例程计算分叉的全息。为了提高正交偏振光束的衍射效率,LCD已调整读出光的偏振方向平行的相位调制模式(21]。每个两个组件,- - -,是由组成的全息图衍射像素的窗口。由于SLM优化水平偏振光束的衍射,第一垂直偏振光束通过一个小的半波板(安排在45°角)的计算机全息图的前面分,其水平极化旋转到垂直状态。最后两个back-diffracted梁(- - -萨尼亚克干涉仪输出制造)相结合。

相应的计算全息图显示在SLM使用一个振幅反射函数由[21] 在哪里是调制深度,是空间时间,表示之间的相对相位正交组件由于两个相邻SLM全息图。的1订单- - -制造在PBS和重组后过滤的可变光圈(P)放置在焦平面图像的傅里叶透镜L1如图。选中的订单通过四分之一波长板(QWP)做一个45°角水平轴。它将两个正交的线偏振光束的组件,为两个正交圆偏振状态。最后,发送输出矢量光束通过一个分析器(可旋转的线性偏振镜)CCD相机放置接近图像傅里叶透镜面L2。提出设置非常稳定和高度健壮的噪声振动和气流,因为两个正交分量在萨尼亚克干涉仪沿着相同的路径。为此可以使用这个提议干涉方法激光的相干长度很短,例如,微米。

3所示。结果和讨论

两个相邻的cgh放在PAL-SLM,p模式传播由PBS直接输入的萨尼亚克干涉仪,而模式读取,在那里的循环,因为萨尼亚克干涉仪的两束光在相反的方向。的的衍射订单- - -制造然后通过相同的干涉和相分布和,分别。在这里是一个常数和控制组件之间的相位差。后的两个光束重叠的PBS港以下形式:的顺序分和的顺序分或的顺序- - -制造。可变光圈选择和通过叠加的QWP只有一个命令,例如,上面提到的积极的订单。由此产生的光场立即QWP可以被描述为后面 在哪里是一个常数因子。重组后的两个光学领域的一个傅里叶透镜后焦平面的L2,我们写光学领域如下: 这个梁的组合正交基向量,左边和右边圆偏振分量,并描述了局部线性极化分布(1)的取向极化的方向可以依赖的空间位置。方程(3)告诉我们,可以创建任意偏振光束具有定义良好的相位分布并通过调整相位差。额外的阶段分布是考虑到如果我们设计吗。我们开始与一个整数螺旋圆柱矢量光束相位分布,为代表(和极坐标系统方位角和整数拓扑电荷,职责)。圆柱矢量光束产生的场。这个字段包含两个组件对应左边和右边的圆形偏振与不同的整数拓扑电荷值。

首先,我们检查的情况。图2演示了结果产生的强度分布实验梁与固定相的差异和,分别。分析仪不在使用时,强度分布是相同的所有值的恒定的相位差和一个黑点存在的中心梁由于奇点光学领域。使用分析仪,灭绝模式时出现由于偏振分布光束横截面。图3显示生成的一组圆柱矢量光束与整数拓扑的指控来和恒定的相位差。我们注意到中心暗点强度的大小随着模式增加。当一个分析器插入,传动轴零个或九十度,然后再次灭绝模式出现的强度分布。黑暗的区域对应地区光束偏振垂直于分析器。数据2和3表明,光明和黑暗的边缘。

我们还研究了圆柱矢量光束与noninteger拓扑电荷(整数部分,剩余部分,(22])。为此,我们选择作为相位分布,(3)。图4显示的值获得的实验结果和,当。强度模式如果没有分析仪由基本上在圆柱对称的破坏强度分布由于noninteger。暗条纹,这是由交替的螺旋面梁相同的整数拓扑电荷(22,23)和不同的极化方向,从强度的中心模式,沿着方向。没有分析器,中央暗点比为,如预期的那样23]。与分析仪,观察三个灭绝的边缘而对于五个不同的条纹出现。

接下来的实验展示了一代的圆柱矢量光束与方位错位和径向调制的相位项(3)。为了创建这个阶段结构,我们考虑到任意空间分布两项的贡献一样,螺旋相位分布和径向相位分布,相关和分别为:。在这里是径向坐标,横梁截面的大小,在类比是一个径向号码方位的数字。的全息- - -制造与值和显示在右边的图的插图吗1。相应的实验圆柱矢量光束的三个不同的正径向数字,值、1.0和呈现在图5。一直在固定数量方位。三个圆柱矢量光束的强度分布没有分析仪是相同的。如果插入分析仪,强度分布模式展现了阿基米德螺旋武器的数量是独立的。

最后,如果我们使用负径向的数字,例如,和插入,分析器,然后手性强度分布模式的阿基米德螺旋左撇子螺钉相同数量的武器变化如图6。

4所示。结论

我们演示了一种原始的方法,来生成任意结构和偏振分布的圆柱矢量光束。通过萨尼亚克干涉仪,我们已经表明,可以实现任意极化的适当设计全息投影相邻,到PAL-SLM。两个正交偏振光束同轴相连的叠加得到萨尼亚克干涉仪的输出。第一衍射的傅里叶变换的顺序输出然后分析。这个实验装置稳定对环境干扰和机械振动;它是高度可靠和易于配置。但是我们注意到,使用全息裁缝的能源效率获得圆柱矢量光束相对较低。然而,在同一实验几何,可以替代邻cgh通过全息图衍射效率高。这种新方法提供了一种方便的方法探讨物理圆柱矢量光束的传播和实践手段探索新的应用程序。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

Vicepresidencia研究和服务提供的支持是大学工业桑坦德(资助项目5191/5803和5708年,这两个研究小组的机构整合项目,2012年和2013年,分别地)。Colciencias支持通过项目110256934957,“光学设备对量子密钥分发,高维度系统位于轨道角动量的光。“从国家呼吁银行获得资金的项目在科学、技术和创新2012。

引用

1. d . g .大厅,“Vector-beam解麦克斯韦波动方程,”光学信,21卷,不。1、9 - 11,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 问:詹,“圆柱矢量光束:从数学概念到应用程序中,“先进的光学和光子学,1卷,不。1、1 57、2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 问:詹,“捕获金属瑞利粒子径向极化,”光学表达,12卷,不。15日,第3382 - 3377页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. n . r . Heckenberg Nieminen t . a, h . Rubinsztein-Dunlop”部队在光镊与径向和方位极化捕获横梁、”光学信,33卷,不。2、122 - 124年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. m·g . Donato s Vasi r·赛义德et al .,“光学捕获纳米管的圆柱矢量光束,”光学信,37卷,不。16,3381 - 3383年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. d . Naidoo m .清爽、k . Ait-Ameur和a·福布斯“径向极化圆柱矢量光束从一个单片芯片激光,”光学工程,54卷,不。11日,第111304条,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. t·j·古尔德,j·r·迈尔斯和j . Bewersdorf“全内反射、显微镜、”光学表达,19卷,不。14日,第13357 - 13351页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. z, c . Min, s .朱,X.-C。元,“紧quasi-cylindrically偏振光束的聚焦,”美国光学学会杂志》上没有,卷。31日。2、373 - 378年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. p . b . Phua w·j·赖y l . Lim et al .,“模仿产生径向偏振光旋光性,”光学信,32卷,不。4、376 - 378年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. g . Machavariani y亮度,摩西,a·梅尔s Jackel n·戴维森,“Birefringence-induced bifocusing径向或方位偏振激光模式的选择,”应用光学,46卷,不。16,3304 - 3310年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m·p·Thirugnanasambandam y Senatsky, K.-I。建筑师”,一代的径向和方位偏振光束在Yb:掺钕钇铝石榴石激光器intra-cavity透镜和双折射晶体,”光学表达,19卷,不。3、1905 - 1914年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. r·多恩、美国Quabis和g . Leuchs“径向偏振光束的焦点,”物理评论快报,卷91,不。23日,ID 233901条,2003年。视图:谷歌学术搜索
13. y Kozawa和s .佐藤”产生径向偏振激光的使用锥形布儒斯特棱镜,”光学信,30卷,不。22日,第3065 - 3063页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. a . Flores-Perez j . Hernandez-Hernandez r·哈乌雷吉曾和k . Volke-Sepulveda”实验的生成和分析一阶TE和TM贝塞尔在自由空间模式,”光学信没有,卷。31日。11日,第1734 - 1732页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. j·k·c·杜桑Jr .)美国公园e . Jureller n·f·谢勒,“代光学矢量光束衍射光学元件干涉仪,”光学信,30卷,不。21日,第2848 - 2846页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. c·毛雷尔,a . Jesacher s Furhapter贝内,和m . Ritsch-Marte“任意矢量光束的裁剪,”新物理学杂志第78条,卷。9日,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. X.-L。王,李y, j·陈,c。郭,j .丁,H.-T。王,“一种新型的向量场与混合的极化状态,”光学表达,18卷,不。10日,10786 - 10795年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j . h . Chen, B.-F。张,j .徐j .丁和H.-T。王”一代的向量空变极化和分配阶段,梁”光学信,36卷,不。16,3179 - 3181年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. X.-L。王,j .叮,W.-J。倪,c。郭,H.-T。王”,生成任意矢量光束的空间光调制器和一个共同的路径干涉安排,”光学信,32卷,不。24日,第3551 - 3549页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. v . g . Niziev r . s . Chang, a . v . Nesterov”一代的非均匀偏振激光通过使用萨尼亚克干涉仪,”应用光学,45卷,不。33岁,8393 - 8399年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. n . Fukuchi y扼守,y Igasaki:吉田,小林y,和t . Hara”倾斜入射的特点parallel-aligned向列液晶空间光调制器,”光检查,12卷,不。5,372 - 377年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. j·b·为k . O 'holleran d Preece et al .,“光束与部分轨道角动量及其涡结构,”光学表达,16卷,不。2、993 - 1006年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. m . v .浆果,“光学旋涡演变从螺旋状的整数和分数阶段的步骤,”光学学报:纯粹和应用光学》第六卷,没有。2、259 - 268年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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