全光控制理論模型分析

要實(shí)現(xiàn)全光控制，需要從光束的表達(dá)式出發(fā)，給出攜帶有相位、振幅和偏振參量的表達(dá)式。根據(jù)瓊斯矢量的表征，光場(chǎng)表示為：

式中 A(x， y) 是振幅分布，Φ( x， y) 是 x 分量和 y 分量的共同相位，Ex 和 Ey 是歸一化的瓊斯矢量，攜帶有偏振信息，且 Ex 和 Ey 都是實(shí)數(shù)，滿足 E2x + E2y = 1 。 δ( x， y) 是 x 分量和 y 分量間的相位延遲。可以明顯看出，相位[Φ(x， y)] 、振幅 [A( x， y)] 、偏振方向( Ex 和 Ey )和相位延遲 [δ(x， y)] 4 個(gè)自由度能表征矢量光場(chǎng)，因此逐點(diǎn)像素調(diào)制 4 個(gè)自由度就可以產(chǎn)生任意分布的矢量光場(chǎng)，4 個(gè)自由度詳細(xì)的調(diào)制原理如下。

水平方向偏振的高斯光束照射到 SLM 上，反射光束就攜帶有加載的相位信息，即實(shí)現(xiàn)了相位調(diào)制，瓊斯矢量表達(dá)為：

式中 E0 ( x， y) 是入射線偏振光的振幅，？1( x， y) 是加載到空間光調(diào)制器的相位模式。

根據(jù)馬呂斯定律 I = I0 cos2θ ，入射線偏振光通過(guò)偏振片后，出射光的振幅與入射光的振幅成余弦平方的關(guān)系，余弦角 q 是線偏振光與偏振片的夾角，因此要實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制，就必須使光束發(fā)生偏振旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)上在不改變偏振片方向的前提下要實(shí)現(xiàn)偏振旋轉(zhuǎn)的方法是通過(guò) 1/4 波片(QWP)和透射型 SLM 或反射型 SLM 的結(jié)合，后面實(shí)驗(yàn)中采用 QWP 和反射型 SLM 來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振旋轉(zhuǎn)。

純偏振旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 所示，包括一個(gè)快軸與水平方向成 45°的 QWP 和一個(gè)反射型的 SLM。線偏振光束經(jīng)過(guò) QWP 打到 SLM 上發(fā)生反射，反射回來(lái)的光會(huì)第二次經(jīng)過(guò) QWP。由于相反的傳輸方向，實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系會(huì)發(fā)生水平翻轉(zhuǎn)，因此第二次經(jīng)過(guò)的 QWP 的快軸與水平方向成 135°方向。

從(3)式中可以看出，偏振旋轉(zhuǎn)只與加載在 SLM 上的 ？( x， y) 有關(guān)。根據(jù)上述分析可以看出，用一個(gè)純偏振旋轉(zhuǎn)裝置和一個(gè)偏振片就能實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。瓊斯矢量表達(dá)為：

φ2 ( x， y) 是加載到 SLM 上的相位模式。

根據(jù)(3)式，水平偏振的光照直接照射到偏振旋轉(zhuǎn)裝置上就可以實(shí)現(xiàn)偏振旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)偏振旋轉(zhuǎn)后的光的瓊斯矢量場(chǎng)表達(dá)為：

φ3 ( x， y) 是加載到 SLM 上的相位模式。

調(diào)制橢偏度就是讓 x 分量和 y 分量之間產(chǎn)生相位延遲，即改變 x 分量或者 y 分量的相位。實(shí)驗(yàn)中使用的 SLM 只對(duì) x 方向的線偏振光起作用，因此改變 x 分量的相位就能實(shí)現(xiàn)橢偏度的調(diào)制，即讓 x 方向的線偏振光束直接照到 SLM 上，最終的出射光場(chǎng)的瓊斯矢量表達(dá)式變?yōu)椋?/div>

 

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