利用LBTEK涡旋波片生成涡旋光束的理论推导
发布时间:2020-04-15 15:44:03 编辑:麓帮主 阅读次数:1161

LBTEK涡旋波片是一种偏振相关的PB(Pancharatnam−Berry)相位元件,它对入射光束产生螺旋相位调制依赖于入射光的偏振态。接下来将从琼斯矩阵计算的角度来阐述通过涡旋波片产生涡旋光束的过程。

涡旋波片的琼斯矩阵可以表示为:

其中\( R(\theta) \) 是旋转矩阵:

当入射光为左旋圆偏振光时,入射光场为\( E_{in1}\left ( x,y\right )=E_{0}\left [ \begin{matrix} 1\\ i \end{matrix}\right ] \) ,则出射光场为:

当入射光为右旋圆偏振光时,入射光场为\( E_{in2}\left ( x,y\right )=E_{0}\left [ \begin{matrix} 1\\ -i \end{matrix}\right ] \) ,则出射光场为:

其中,\( exp\left ( i2\theta \left ( x,y\right )\right ) \) \( exp\left ( -i2\theta \left ( x,y\right )\right ) \) 即为螺旋相位因子,可见,入射为左旋圆偏振光时候,经过涡旋波片后变成右旋圆偏振涡旋光束;入射为右旋圆偏振光时,经过涡旋波片后变成左旋圆偏振涡旋光束。

当入射光为线偏振光时,假设线偏振光为方向偏振,入射光场可以表示为\( E_{in3}\left ( x,y\right )=E_{0}\left [ \begin{matrix} 1\\ 0 \end{matrix}\right ] \) ,则出射光场为:

可见,线偏振光入射到涡旋波片上时,出射光中不包含螺旋相位因子。因此,利用涡旋波片生成涡旋光时,前面必须放置线偏振片和1/4波片,以确保入射到涡旋波片上的为圆偏振光。

在LBTEK的涡旋光镊系统与涡旋光束干涉系统中,均有在涡旋波片前放置偏振片和1/4波片,原因就在此。

 

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