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ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE

瑞士Arcoptix生产的Variable spiral plate(VSP),也被称为液晶可变螺旋板,是一种无源液晶光学元件,其能够将简单的激光束改变为具有轨道动量(L=1或L=2)的涡旋光束或径向偏振光束。VSP可变涡旋波片是完美透明的光学元件,不受散射或衍射光的影响(除了材料的吸收损失)。从同质线性偏振光束到径向,方位角的转换可以简单地通过将VSP放置在激光束的光路上来实现。只需更改VSP(Q-Plate)上的偏置,即可获得不同的输出偏振模式。

ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE

  • 只需更改偏置或输入偏振,即可生成许多不同的圆对称和连续偏振分布
  • 一个元件适用于400至1500nm的所有波长
  • 适用于所有类型的激光以及飞秒脉冲激光
  • 能够产生轨道动量和螺旋光束
  • 能够产生径向和方位极化分布
  • 无损失,无散射,无衍射,无片段
特征可变螺旋板
波长范围400-1700 nm
相位延迟电动可调(0-5V AC)
可用的拓扑荷数(在制造期间固定)q=0,5标准参数
q=1或更高的需求
轨道动量+/-1
最大光束尺寸10 mm
最小光束尺寸5 mm
有效区域12 mm直径
传输效率优于85%(in the VIS)
缓速材质向列液晶
输出强度均匀度< 1/100 RMS variation

轨道动量或螺旋波前产生螺旋形相位板(SPP)
VSP的一个有趣的应用是将具有圆(左或右)偏振的平面波前转换为具有光学涡旋(光束中心具有不确定相位)的光束。 这样的光束带有轨道动量(OAM),并具有螺旋波前,如下图所示。 Q板的延迟是由AC偏压控制的,可以将其调整为50-1500nm之间的任何所需值。 作为附加功能,只需更改q板上的偏置即可在100ms内打开和关闭轨道动量。 注意

ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE 所有产品 第1张
Linear entrance can be transformed in all
kinds of Polarization distributions

径向和方位极化
作为ARCoptix径向极化转换器产品(链接),VSP(拓扑q = 0.5)能够将线性输入极化转换为径向极化或方位极化(取决于输入极化)。 只需调节施加在VSP上的交流电压(0-5V),即可将同一块Q板适应任何波长。

ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE 所有产品 第2张

Planar wave with circular Polarization
is transformed in a helical wave

螺旋相

可变螺旋板可以由具有螺旋相位的简单高斯光束产生。 为了解决这个问题,我们创建了一个著名的Mac-Zehnder干涉仪装置,该装置与CDD摄像机耦合以在干涉仪的输出处记录干涉图样。 通过倾斜干涉仪的两束光,我们可以获得规则的干涉条纹(如图所示),并且通过引入螺旋板(具有半波延迟),我们可以获得相位差(干草叉全息图)。 同样,如果将VSP延迟(通过电偏压)调整为全波延迟,则位错消失,如下图所示。

ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE 所有产品 第3张

Alignment of the liquid crystal within a Spiral-plate with topological charge of 2

请注意,螺旋板类似于我们的径向极化转换器产品。该产品之间的主要区别在于,使用螺旋板时,可以同时获得螺旋偏振或径向偏振,而使用偏振转换器时,总是可以同时获得径向偏振和螺旋相位。下表总结了螺旋板和ARCoptix偏振转换器之间的区别。
通过查看表中的比较,很明显,与极化转换器相比,VSP具有许多优势。而且,VSP在孔径的中间没有PI相位阶跃,这使得该器件更易于调节,并且光束质量会更好。同样重要的是要注意,极化是一种经过验证的设备,许多科学家已经完全满意地使用了它。 VSP是暂时没有参考的新产品。请注意,为获得最佳质量,建议使用直径至少为5mm的光束。光束尺寸低于2-3 mm时获得的结果可能会由于单元中心的基本LC制造限制而受到影响。

ARCoptix的径向偏振转换器(RPC)是全球范围内独特的设备,可将常规的线性偏振光束转换为具有连续径向或方位偏振分布并且时间稳定的光束。极化矢量的方向在空间上变化,但局部极化状态被认为是线性的。
由于液晶分子的特殊排列,偏振转换器可局部旋转线性偏振光束的方向。根据设备相对于入射偏振的方向,我们可以如上图所示获得方位角或径向偏振分布。
偏光旋转器可以随附适当的偏光镜和外壳。经过特殊设计的外壳可将我们的偏振转换器精确地对准您的光学系统的其余部分。

径向偏振转换器

ARCoptix的径向偏振转换器(RPC)是全球范围内独特的设备,可将常规的线性偏振光束转换为具有连续径向或方位偏振分布并且时间稳定的光束。极化矢量的方向在空间上变化,但局部极化状态被认为是线性的。
由于液晶分子的特殊排列,偏振转换器可局部旋转线性偏振光束的方向。根据设备相对于入射偏振的方向,我们可以如上图所示获得方位角或径向偏振分布。
偏光旋转器可以随附适当的偏光镜和外壳。经过特殊设计的外壳可将我们的偏振转换器精确地对准您的光学系统的其余部分。

ARCoptix 可变螺旋板 Q-PLATE 所有产品 第4张

拉盖尔-高斯光束(LG光束或甜甜圈光束)的生成
借助Arcoptix RPC,可以相对容易地从VIS-NIR区域中的任何激光(包括脉冲激光)生成LG光束以及Bessel-Gauss光束

通过简单地聚焦(在这里NA 0.9)已经通过偏振转换器的方位准直的激光束,我们就可以得到一个典型的甜甜圈光束,如下图左图所示。 借助于平行于X和Y轴的线性偏振器,我们分别获得了与同一枚甜甜圈光束的x-y偏振分量相对应的两个半瓣斑点(中心的数字)。

可变螺旋板和径向偏振转换器对比:

可变螺旋板和径向偏振转换器都能产生径向偏振光,可变螺旋板能产生径向偏振光和涡旋光束,径向偏振转换器能产生径向偏振光和方向角偏振光,两者同属偏振光学器件,因此用户容易将两者混淆。下面表格是两种器件的详细对比。

特征径向偏振转换器可变螺旋板/可变涡旋波片
技术工艺液晶单元的摩擦与对准液晶单元与紫外光线聚合物对齐
拓扑荷数不相干Q=+/- 0.5标准
Q=1按需求
最小光束尺寸2 mm5 mm
轨道动量OM= +/- 1OM= +/- 1 on demand +/- 2
波长范围400-1700nm400-1700nm
宽带波长照明Yes possible最大波长宽度100nm
产生奇点情况固定奇点可随输入极化和相位延迟而变化
径向或方向极化YesYes
螺旋相位NoYes (with circular pol.)
PI相位步进使用相位补偿器进行补偿无相位步进