摘要：近年来，随着激光技术的持续发展，晶体中的光学现象已经渐渐地得到人们的关注。当研究光波偏振态问题的时候，描述光场就要采用矢量波。运用庞加莱球表象讨论单色光波的偏振态，运算简单、易于观察。庞加莱光束具有将横向空间坐标与偏振状态相关联的空间模式，偏振态可以沿着一个坐标变化。利用MATLAB可以将振幅调制写入相位调制，以此能够完成空间光调制器的纯相位调制。再将空间光调制器产生的光束与激光束两个光路进行干涉合束，接收其光强后运用斯托克斯矢量法测量偏振态，并用MATLAB画出我们所需要的偏振图。

关键词  庞加莱球  相位全息图  空间光调制器  斯托克斯矢量法  

毕业设计说明书外文摘要

Title    Generation Technology of Poincare Beams        

Abstract：In recent years, with the continuous development of contemporary laser technology, the optical phenomenon in the crystal has been getting more and more attention. When research is related to the polarization of light wave, the description of the light field is necessary to use vector wave. When the Poincare sphere is used to discuss the polarization state of monochromatic light waves, the mathematical operation is simple and the phenomenon is easy to see. The Poincare beam has a spatial pattern that associates the lateral spatial coordinates with the polarization state, and the polarization state can vary along a coordinate. The amplitude modulation can be written into phase modulation using MATLAB to achieve pure phase modulation of the spatial light modulator. Then, the beam of light generated by the spatial light modulator is combined with the two optical paths of the laser beam, and the polarization state is measured by Stokes vector method after receiving the light intensity. The polarized graph we need is drawn with MATLAB.

Keywords  Poincare sphere； Phase hologram； spatial light modulator； Stokes vector method

目   次

1  引言 1

1.1  矢量光束概述 1

1.2  庞加莱光束概述 1

1.3  庞加莱球描述光的偏振态的方法 2

1.4  国内外庞加莱球研究的进展 4

1.5  本文研究内容及章节安排 6

2  空间光调制器 7

2.1  空间光调制器概述 7

2.2  空间光调制器的运用 8

2.3  本章小结 8

3  拉盖尔-高斯光束相位全息图的生成 9

3.1  相位图概述 9

3.2  相位图生成的理论依据 9

3.3  相位图的MATLAB程序： 11

3.4  本章小结 13

4  庞加莱光束生成的整体光路设计 14

4.1  马赫-曾德尔光纤干涉仪简介 14

4.2  庞加莱光束实验光路 15

4.3  本章小结 17

5  偏振态测量 19

5.1  斯托克斯矢量法 19

5.2  实验光路的斯托克斯参量测量结果 24

5.3  偏振图MATLAB程序 25

5.4  本章小结 30

结论 31

致谢 32

参考文献 33

1  引言

1.1  矢量光束概述

偏振态是光的一种重要特性。最常见的是线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光，它们的共同特点是在光束横截面上任一点处的电场振动方向相同，也就是空间偏振分布一致，我们将它们称为标量光[2]。过去的研究主要是在标量光的范围，正是由于这种光与物质的相互作用，人们可以设计出很多光学装置和光学系统。偏振变换和它与物质之间的相互作用已经被大范围应用在光通信、光学视察、光学检测、天文学、生物学、材料科学等领域[5]。而对于空间非均匀偏振分布的光束，我们称其为矢量光，或称为矢量偏振光束、偏振涡旋、柱矢量光束等，在横截面上的不同位置，它有不同的偏振方向[5]。在圆坐标系下，麦克斯韦方程组的特征解即为矢量光，它的偏振结构具备对称性，光束的传播轴即为对称轴。矢量光各光强分布的轮廓形状是一个环状，也就是在光轴处强度都为零，同时在光束截面上任取意一点处，电场强度矢量与径向方向的夹角都是一样的，并且不会随着光束的传播而改变[9]。虽然是非均匀分布，但矢量特性是一种有目的的空间变换偏振态，近年来，人们开始注意到空间中光的变量偏振态，并设法改变它，同时这可以增强光学系统的功能，或者增强光学系统的性能，以此来引起新现象的产生和新应用的出现，使其在光学领域发挥着特殊的作用[11]。其中激光的偏振态具有径向对称性，它就是一个典型的例子，它是径向偏振光和纵向偏振光的线性叠加，也称作径向矢量光束或者径向偏振光，除此之外还有角向偏振光等[10]。