optical_vortex_converter_femtosecond_laser

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Radially polarized optical vortex converter created byfemtosecond laser nanostructuring of glass

 

Martynas Beresna,,Mindaugas Gecevičius,Peter G.Kazansky,and Titas Gertus2

 

We demonstrate the generation of optical vortices withradial or azimuthal polarization using a space variant polarization converter,fabricated by femtosecond laser writing of self-assembled nanostructures insilica glass. Manipulation of the induced form birefringence is achieved by controllingwriting parameters, in particular, the polarization azimuth of the writingbeam. The fabricated converter allows switching from radial to azimuthalpolarization by controlling the handedness of incident circular polarization. ©2011 American Institute of Physics.

 

 

放射性光束或偏振光引起我们极大的兴趣，由于他们与内在的对称性相关的独特的光学属性。这样的光束使得在衍射限制，并不受线性光产生的潜在的各向异性的影响。这些光束的大的电子域场组件对于应用是诱人的，例如粒子加速。已经有多个月提上日程，对于空间变量计划光束，包括在液晶态下，双折射光的操作，偏振选择在一个激光谐振器。但是容易遭到破坏限制了基于光束转换器的液晶应用。最为一种选择，已经被证明，偏振能被操作通过与短波长相关的双折射。同时也观测到，通过这些转换器生成的空间变量相位，能产生一个偏振涡流，例如有固定的轨道冲量。这里他的信号依赖于予以发生的圆形光束。光蚀法，通过用于制作这些结构，有一个受限制的分辨率。限制了操作的波长到红外线。从这一角度，毫微秒的激光导向的写，是一个诱人的替代方案，由于能量存储的可能性，在一个中心卷，有超过几百毫微米的分辨率。依据存储能量的的数量，三种类型的修改可以被引进，，在总多的透明材料之中。特别的适度流畅的结果，自发的毫米光栅。产生双折射光，   低但是快速的光轴对称，相对的

 

平行正交的光栅波纹。 毫秒激光的自编译 纳米结构 熔融二氧化硅提供了一个灵活简单的可选方案 对于构造偏振敏感的设备，，可见的光谱范围。，

在这封心里，我们展示了一个极化的涡流转换器。，产生了一个放射性的极化可见的涡流。，从一个循环的极化光束。使用毫秒的激光刻录， 空间变量自汇编形式，双折射在二氧化硅镜片。

 

偏振转换器可以被设计为附带的光束，有线性或是圆形的偏振。对于易发生的线性偏振光束，半波长的平板通过连续变化的低轴心方向，需要被构造。旋转易于线性偏振通过必然的角度，产生一个电子域的放射性分布。对于易于改变的中心极化光束，放射性偏振能形成 通过空间变量的四分之一波长圆盘，拥有放射对称性。可以通过使用琼斯微积分来描述，通过下面的矩阵。

 

 

这里角度   是一个极化角，乘以一个向量描述左边园偏振，通过这个矩阵，线面的表达式得到

 

 

忽略常量相位移动，我们发现相关的电子域拥有偏振方向，并且电子轨道冲量L=1，按时表明 复杂的参数，如果优选交的矢量 被当相互合格琼斯矩阵处理， 那么一个人获得放射性的激化光 轨道冲量等于 l=-1, 。如此空间变量相位 转换器 产生一个激化的涡流光束 ，通过轨道生硬的冲量， 这里的信号本控制，有 、由已发生的 圆形的激化的 旋向性。

进一步，依赖于易于发生圆形激化偏振的旋向性的，放射性的偏振，嫩被获取  通过相同的双折射元素。。

 

基于二分之一波长的圆盘的转换器的四分之一波长的优势是一个适度小的迟缓值。 R= nd。 对于一个给定的 推断的 双折射 和 结构长度 d， 这是需要的 对于偏振转化，例如R+ = 130 nm 对于 530坡长的光

 

实验使用了一个基于好微妙的激光发射器模式锁的更新放大来执行  操作一个波长为1030nm ，有一个持续了270fs脉冲 和 重复率达到500khz 。一个相对低的数字孔径的对象， 被选择 来制作。 因为阻滞值增长了 通过 结构长度  ，对于相对低的数字孔径对象，产生一个更长的瑞利长度，在实验中我们得到的阻滞值高度R = 260 nm。对于构造激化转换器是 有效地。，在这种可视化的近的红外线下，  最优化的值对于这个脉冲的能量，消失率，写速度，要求达到理想的四分之一阻滞。在532 坡长的光下。 被发现成为0.5 uJ ，200kHZ。 1好木奥每份相对的  机关术集中在200微米， 在2mm厚的表面之下。 拒绝二氧化硅样品。 这启动达到XYZ线性域的 转移平台系统。  这个平台是有计算机通过SCA软件控制的 ，在一个盘旋的轨道上运行，每部1um。是的一个完整的扫描一致的覆盖一个圆形区域。直径1.2nm 大约1.5h。激光钴胺素激化偏振方位被操作，通过一个非彩色的半波长圆盘，启动在一个机械化的旋转阶段。 通过控制半坡长平台和XY平台的角度位置，我们可以制造一个空间变量四分之一坡长的原版， 呆着理想化的几何学 ，各向异性的修正分布。

 

制造双折射原理通过一个定量的双折射测试系统和光学显微镜。为了验证现在的放射性灌输的表现。，转换器被阐述，通过一个循环的加护绿色光束。毁坏，在一个显微镜下，拥有线性激化光，插入在输出中。  典型的螺旋形推进。，对于放射性的偏振，被明显的观察到，确认成功的实现，对于偏振转换器。双折射测量确认系统，常量值迟滞，有一个连续的变化方向，饭慢的抽芯。

 

激化转化器也是用532nm 谐波，从连续的波长 。测试了。 线性激化的机关灌输 被转换成为 ，四分之一的光盘。 然后，集中在激化转换器在50mm几种灌输 平凹透镜 。最终投影通过一个线性的偏振片，到电荷媾和的光束照相机。。为了比较光学测试系统 ， 模仿 使用了基于琼斯矩阵形式化的描述和傅里叶变换的算法。在这两种情况下，螺旋推进的，对于圆形偏振光能被清晰的观察到。在远场区，衍射扭曲形状，产生一个典型的s模型，尽管在进场可以被恢复。通过集中光束。S行模式的出现，，这对于双重带点的涡流光束，可以被当做是两个和旋转激化光束的叠加，可以再下面被解释。一个拥有对到冲量是l=1，的放射性激化涡流可以被是一个叠加的圆形光束，，一个拥有轨道冲量l=2的放射性激化涡流光束，其他的拥有一个平坦的前端。这两种相互干扰的故事尿素在经过起偏器之后，产生了一个有特点的s行的在我们的实验中观测到的。观测模型的指示，

 

然而。理论性的预测，依赖管道冲量信号，在易于改变圆形偏振，也通过确认，通过比较远场区图像，放射性光束产生通过入射的左和右的圆形激化，。方位 s行改变 圆形故事念书的偏振性，原理的传递装置，在532nm的波长 估算为百分之70 。损失来自于显微镜的不均衡和产生的缺陷吸收，这些可以被减少通过优化写参数。

 

总结来说，通过开拓毫微米激光的能力去创建低于波长的个性异性的修改，在内的石英玻璃。一个偏振的涡流转换器，在可视化的操作中展现。这个技术一个有意义的优势是达到了利用放射行偏振利用一盒简单的原理的可能性，通过控制入射的圆偏振光的左右行、性的简化，。