一种偏振可调简并四波混频信号产生装置与产生方法与流程

技术特征：
1.一种偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，包括：激光源（1）、第一半波片（2）、第一偏振分光立方体（3）、第一反射镜（4）、第二半波片（5）、第二偏振分光立方体（6）、第三半波片（7）、第二反射镜（8）、第四半波片（9）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）、涡旋半波片（12）、第三偏振分光立方体（13）、聚焦透镜（14）、三阶非线性效应作用装置（15）、线偏振片（17）和偏振选择器（16）；其中由所述激光源（1）、线偏振片（17）和第一半波片（2）组成光源单元，用于产生激光束；由所述第一偏振分光立方体（3）、第一反射镜（4）、涡旋半波片（12）和偏振选择器（16）组成偏振调节信号光路单元，用于产生偏振态可调节的偏振调节信号激光束；由所述第一偏振分光立方体（3）、第二半波片（5）、第二偏振分光立方体（6）、第三半波片（7）、第二反射镜（8）和第三偏振分光立方体（13）组成第一基础参考信号光路单元，用于产生第一基础参考信号激光束；由所述第二偏振分光立方体（6）、第四半波片（9）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）和第三偏振分光立方体（13）组成第二基础参考信号光路单元，用于产生第二基础参考信号激光束；由所述聚焦透镜（14）和三阶非线性效应作用装置（15）组成简并四波混频信号产生单元，所述偏振调节信号激光束、第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束在所述简并四波混频信号产生单元中产生简并四波混频信号。2.根据权利要求1所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，入射到所述三阶非线性效应作用装置（15）中的第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束具有竖直偏振态；入射到所述三阶非线性效应作用装置（15）中的偏振调节信号激光束的偏振态可通过偏振选择器（16）进行调节，且对应于偏振调节信号激光束的不同偏振态，所述三阶非线性效应作用装置（15）产生与其内部非线性介质分子取向关联的对应简并四波混频信号。3.根据权利要求1或2所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述光源单元中的激光源（1）为飞秒脉冲钛宝石激光源，输出的激光束为高斯激光束，输出的激光中心波长处于三阶非线性效应作用装置（15）的吸收波长处。4.根据权利要求1-3任一项所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，其中所述第一偏振分光立方体（3）、第二偏振分光立方体（6）和第三偏振分光立方体（13）透射具有水平偏振方向的激光束、并反射具有竖直偏振方向的激光束；所述第一半波片（2）、第二半波片（5）、第三半波片（7）和第四半波片（9）能够对偏振光的偏振方向进行旋转调节；通过第一半波片（2）和第一偏振分光立方体（3）调节基础参考信号激光束和偏振调节信号激光束的分束比例，通过第二半波片（5）和第二偏振分光立方体（6）调节第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束的分束比例，通过第三半波片（7）和第三偏振分光立方体（13）调节入射到三阶非线性效应作用装置（15）中的第一基础参考信号激光束功率，通过第四半波片（9）和第三偏振分光立方体（13）调节入射到三阶非线性效应作用装置（15）中的第二基础参考信号激光束功率。5.根据权利要求4所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述激光源（1）、线偏振片（17）、第一半波片（2）、第一偏振分光立方体（3）、第二半波片（5）、第二偏振分光立方体（6）、第三半波片（7）和第二反射镜（8）依次设置于同一直线光路上，所述激光源（1）产生的激光束经过线偏振片（17）和第一半波片（2）后入射至第一偏振分光立方体（3），经第一偏振分光立方体（3）透射输出的为具有水平偏振态的基础参考信号激光束，经第一
偏振分光立方体（3）反射输出的为具有竖直偏振态的偏振调节信号激光束，所述偏振调节信号激光束经过涡旋半波片（12）后生成包含多个偏振方向的径向矢量光场，所述偏振选择器（16）能够对径向矢量光场的偏振方向进行选择和调节；所述基础参考信号激光束经过第二半波片（5）后入射至第二偏振分光立方体（6）上，经第二偏振分光立方体（6）透射输出的为具有水平偏振态的第一基础参考信号激光束，经第二偏振分光立方体（6）反射输出的为具有竖直偏振态的第二基础参考信号激光束；所述第一基础参考信号激光束经所述第三半波片（7）和第二反射镜（8）后入射到所述第三偏振分光立方体（13），经所述第三偏振分光立方体（13）反射输出的为具有竖直偏振态的第一基础参考信号激光束竖直分量；所述第二基础参考信号激光束经所述第四半波片（9）、第三反射镜（10）和第四反射镜（11）后入射到所述第三偏振分光立方体（13），经所述第三偏振分光立方体（13）反射输出的为具有竖直偏振态的第二基础参考信号激光束竖直分量；所述径向矢量光场特定方向的偏振选择分量、第一基础参考信号激光束竖直分量和第二基础参考信号激光束竖直分量通过聚焦透镜（14）聚焦于三阶非线性效应作用装置（15）内，且所述径向矢量光场特定方向的偏振选择分量、第一基础参考信号激光束竖直分量和第二基础参考信号激光束竖直分量在聚焦透镜（14）前的光路截面上分别位于正方形的三个顶点位置。6.根据权利要求4或5所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述偏振调节信号光路单元中，所述第一偏振分光立方体（3）的光束入射端正对激光源的光束输出端设置，所述第一偏振分光立方体（3）的光束反射输出端正对所述第一反射镜（4）的光束入射端设置，所述第一反射镜（4）的光束反射端正对所述涡旋半波片（12）设置，所述涡旋半波片（12）的输出光路上设置有所述偏振选择器（16）；所述偏振调节信号光路单元中的光束传输过程为：激光源（1）输出的激光束经过第一半波片（2）进行偏振方向调节后入射至第一偏振分光立方体（3），激光束中的竖直偏振分量作为偏振调节信号激光束被第一偏振分光立方体（3）反射输出第一反射镜（4），并经第一反射镜（4）垂直反射至涡旋半波片（12），偏振调节信号激光束经过涡旋半波片（12）后形成包含不同方向线偏振态的径向矢量光场，所述径向矢量光场通过偏振选择器（16）后形成特定方向的偏振选择分量。7.根据权利要求6所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述涡旋半波片（12）由多个扇形半波片拼接而成，各个半波片的快轴方向按照绕圆周一周偏转2mπ角度的规律均匀排列，每个半波片基于其快轴方向使入射激光束的偏振方向发生对应偏转，通过涡旋半波片不同位置的激光束发生不同角度的偏振偏转，最终经涡旋半波片（12）出射后的激光束形成为包含不同方向线偏振态的径向矢量光场；所述偏振选择器（16）为偏振方向可进行动态调节的线偏振器。8.根据权利要求4-7任一项所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述第一基础参考信号光路单元中，第一偏振分光立方体（3）的光束透射输出端正对所述第二偏振分光立方体（6）的光束入射端设置，所述第二半波片（5）设置于所述第一偏振分光立方体（3）和第二偏振分光立方体（6）之间，所述第二偏振分光立方体（6）的光束透射输出端正对所述第二反射镜（8）的光束入射端设置，所述第三半波片（7）设置于所述第二偏振分光立方体（6）和所述第二反射镜（8）之间，所述第二反射镜（8）的光束反射端正对所述第三偏振分光立方体（13）的光束入射端设置；所述第一基础参考信号光路单元的光束传输过程为：激光源（1）输出的激光束经过第一半波片（2）进行偏振方向调节后入射至第一偏振分光
立方体（3），激光束中的水平偏振分量被第一偏振分光立方体（3）透射输出，并作为基础参考信号激光束入射至第二半波片（5），经第二半波片（5）进行偏振方向调节后入射至第二偏振分光立方体（6），基础参考信号激光束中的水平偏振分量被第二偏振分光立方体（6）透射输出，并作为第一基础参考信号激光束入射至第三半波片（7），经第三半波片（7）再次进行偏振方向调节后入射至第二反射镜（8）和第三偏振分光立方体（13），第一基础参考信号激光束中的竖直偏振分量被第三偏振分光立方体（13）反射输出，并作为第一基础参考信号激光束竖直分量输出至简并四波混频信号产生单元。9.根据权利要求4-8任一项所述的偏振可调简并四波混频信号产生装置，其特征在于，所述第二基础参考信号光路单元中，所述第二偏振分光立方体（6）的光束反射输出端正对所述第三反射镜（10）的光束入射端设置，所述第四半波片（9）设置于所述第二偏振分光立方体（6）和所述第三反射镜（10）之间，所述第三反射镜（10）的光束反射端正对所述第四反射镜（11）的光束入射端设置，所述第四反射镜（11）的光束反射端正对所述第三偏振分光立方体（13）的光束入射端设置；所述第二基础参考信号光路单元的光束传输过程为：经第二偏振分光立方体（6）反射输出的具有竖直偏振态的第二基础参考信号激光束入射至所述第四半波片（9），经第四半波片（9）进行偏振方向调节后入射至第三反射镜（10）、第四反射镜（11）和第三偏振分光立方体（13），第二基础参考信号激光束中的竖直偏振分量被第三偏振分光立方体（13）反射输出，并作为第二基础参考信号激光束竖直分量输出至简并四波混频信号产生单元。10.一种基于权利要求1-9任一项所述偏振可调简并四波混频信号产生装置产生简并四波混频信号的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、启动激光源，使激光源（1）产生的激光束依次经过线偏振片、第一半波片（2）和第一偏振分光立方体（3）后分为具有水平偏振态的基础参考信号激光束和具有竖直偏振态的偏振调节信号激光束，旋转第一半波片（2）将基础参考信号激光束和偏振调节信号激光束的分束比例调节到合适范围；步骤二、其中被第一偏振分光立方体（3）反射分出的偏振调节信号激光束依次通过第一反射镜（4）和涡旋半波片（12）后形成具有多个不同偏振方向的径向矢量光场，所述径向矢量光场通过偏振选择器（16）后形成与偏振选择器（16）的偏振透光方向对应的线偏振光并被聚焦透镜（14）聚焦到三阶非线性效应作用装置（15）中；步骤三、其中被第一偏振分光立方体（3）透射分出的基础参考信号激光束依次通过第二半波片（5）和第二偏振分光立方体（6）后分为具有水平偏振态的第一基础参考信号激光束和具有竖直偏振态的第二基础参考信号激光束，旋转第二半波片（5）将第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束的分束比例调节到合适范围；步骤四、其中所述第一基础参考信号激光束依次通过第三半波片（7）、第二反射镜（8）、第三偏振分光立方体（13）后被聚焦透镜（14）聚焦于三阶非线性效应作用装置（15），旋转第三半波片将入射到三阶非线性效应作用装置中的第一基础参考信号激光束的功率调节到合适范围；其中所述第二基础参考信号激光束依次通过第四半波片（9）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）、第三偏振分光立方体（13）后被聚焦透镜（14）聚焦于三阶非线性效应作用装置（15），旋转第四半波片将入射到三阶非线性效应作用装置中的第二基础参考信号激光束的功率调节到合适范围；
步骤五、继续调节入射到三阶非线性效应作用装置中的第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束的功率以及三阶非线性效应作用装置（15）内原子分子蒸汽浓度直至产生简并四波混频信号光；步骤六、然后保持入射到三阶非线性效应作用装置（15）内的第一基础参考信号激光束和第二基础参考信号激光束的功率不变，通过偏振选择器（16）动态调节入射到三阶非线性效应作用装置中的偏振调节信号激光束的偏振状态，得到偏振调节信号激光束在各种偏振状态下所获得的简并四波混频信号输出。

技术总结
本发明提出一种偏振可调简并四波混频信号产生装置与产生方法，所述装置包括：激光源（1）、第一半波片（2）、第一偏振分光立方体（3）、第一反射镜（4）、第二半波片（5）、第二偏振分光立方体（6）、第三半波片（7）、第二反射镜（8）、第四半波片（9）、第三反射镜（10）、第四反射镜（11）、涡旋半波片（12）、第三偏振分光立方体（13）、聚焦透镜（14）、三阶非线性效应作用装置（15）、线偏振片（17）和偏振选择器（16）。本发明通过创新设计基于同一激光源的分束光路结构，使得基于同一激光源同时产生两束可调节功率的基础参考信号激光束和偏振态可调节的偏振调节信号激光束，具有广阔应用前景。具有广阔应用前景。具有广阔应用前景。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.G02F1/35
受保护的技术使用者：西安跃亿智产信息科技有限公司
技术研发日：2020.03.20
技术公布日：2021/10/11