用于产生涡流的可变螺旋板

发布时间：2022年04月

用于产生涡流的可变螺旋板 (VSP)

线性入口可转换为各种偏振分布

圆偏振平面波转化为螺旋波

具有 2 拓扑电荷的螺旋板内液晶的排列

可变螺旋板 (VSP) 是一种无源液晶光学元件，能够将简单的激光束修改为涡旋光束、具有轨道动量 (L=1 或 L=2) 的径向偏振光束。 VSP 是一种全透明的光学元件，没有散射或衍射光损失（除了材料的吸收损失）。 通过将 VSP 放置在激光束的光路中，可以简单地实现从均匀线性偏振光束到例如径向、方位角（或柠檬形、螺旋形或星形分布）的转换。 不同的输出偏振模式可以通过简单地改变施加在 VSP 的 Q 板上的偏置来获得。

• 能够通过简单地改变偏置或输入偏振来生成许多不同的圆对称和连续偏振分布

• 一种元素适用于 400 到 1500nm 的所有波长

• 适用于所有类型的激光和飞秒脉冲激光

• 能够产生轨道动量和螺旋光束

• 能够产生径向和方位角偏振分布

• 无损耗、无散射、无衍射、无分段

轨道动量或螺旋波前生成-螺旋相位板 (SPP)

VSP 的一个有趣应用是将具有圆形（左或右）偏振的平面波前转换为具有光学涡旋的光束（光束中心具有未定义的相位）。 这种光束携带轨道动量 (OAM) 并具有螺旋波前，如下图所示。 Q 板的延迟由交流偏置控制，可以调整为 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，就可以打开和关闭轨道动量（在 100 毫秒内）。 注意

径向和方位角偏振

作为 ARCoptix 径向偏振转换器产品（链路），VSP（拓扑 q = 0.5）能够将线性输入偏振转换为径向或方位角偏振（取决于输入偏振）。 通过简单地调整施加在 VSP 上的交流电压 (0-5V)，相同的 Q 板可以适应任何波长。

螺旋相位

可变螺旋板可以从具有螺旋相位的简单高斯光束产生。 为了证明这一点，我们创建了一个著名的 Mac-Zehnder 干涉仪装置，与 CDD 相机耦合，以记录干涉仪输出端的干涉图样。 通过倾斜干涉仪的两束光束，我们获得规则的干涉条纹（如图所示），并通过引入螺旋板（具有半波延迟），我们获得相位错位（干草叉全息图）。 同样，如果将 VSP 延迟调整（通过电偏置）到全波延迟，位错就会消失，如下图所示。

VSP 关闭-无错位

VSP 开关位错显示螺旋相位

正交偏振器之间的 Q=0,5 (OM=1) 径向偏振

正交偏光片之间的 Q=1 (OM=2)

请注意，螺旋板类似于我们的径向偏振转换器产品。该产品的主要区别在于，使用螺旋板，可以获得螺旋或径向偏振，而使用偏振转换器，则始终同时获得径向偏振和螺旋相位。下表总结了螺旋板和 ARCoptix 偏振转换器之间的差异。

通过查看表中的比较，显然 VSP 与偏振转换器相比具有许多优势。此外，VSP在光圈中间没有PI相位阶跃，这使得设备调整更简单，光束质量会更好。还需要注意的是，Polarization 是一种经过验证的设备，已被许多科学家全满意地使用。 VSP 是一个新产品，暂时没有参考。请注意，为了获得优良质量，建议使用直径至少为 5 毫米的光束尺寸。由于单元中心的基本 LC 制造限制，使用低于 2-3 毫米的光束尺寸获得的结果可能会受到不完善的影响。

原则

具有 q=1 拓扑电荷的螺旋板内液晶的排列

螺旋板是一种向列液晶单元，由两个聚合物取向的基板组成，中间有液晶层。螺旋板中 LC 的局部对准可以在其制造过程中构造为任何所需的图案。事实上，印在聚合物层上的排列方向平行于聚合过程中紫外光的偏振。通过利用入射紫外光的偏振，可以获得液晶的各种排列图案，从而获得光轴的排列图案。在示意图中，显示了如何实现 Q 板的不同对准模式。通过改变光罩和偏光片的旋转速度，可以获得各种圆对称排列图案。类似制造过程的更详细描述可以在参考文献（出版标签）中找到。

请注意，该过程是一个连续的过程，没有创建对齐步骤。 UV 对准过程会产生 LC（或光轴）局部对准的平滑和连续变化。

此外，我们想在此指出，用于制造这种 Q 板的相同光对准技术原则上可以创建几乎所有的偏振分布。目前，我们将精力集中在具有圆形对称分布的偏振分布上，该分布允许轻松生成（通过简单地将 Q 板放置在光束的光路中）具有不同拓扑电荷的矢量涡旋光束。但我们对每一个客户的建议或对有用的双折射图案的新想法的需求持开放态度。

可变螺旋板规格

应用

环形焦点（或缩小尺寸的焦点）

作为 ARCoptix 的偏振转换器，Q-plate 能够产生环形焦点，这对许多应用都很有用。 光束的拓扑电荷（即在制造时由螺旋板定义）可以产生不同大小的环形焦点（拓扑电荷越高，环越大）。

轨道动量

当偏振转换器与偏振器结合使用时，会产生可用作偏振轴探测器 (PAF) 的设备。 观察 PAF，当入口偏振为线性时，会出现一个暗段。 暗段的方向给出了偏振的方向。

双折射材料的检测：当在两个PAF（两个偏光片和两个偏振转换器）之间放置一种短折射材料时，可以一目了然地分析样品的双折射特性（特征干涉色和主轴）。 样品和偏振器都不需要旋转。

螺旋波前

螺旋板产生具有螺旋波前或轨道动量的光束。 例如，这种光束能够制造旋转粒子。 它还可以用于电信应用。

Z方向的强电场（或纵向场）

对于某些应用，如原子力显微镜 (AFM)，在 Z 方向具有强电场非常重要。 例如，当聚焦由 S 板产生的径向偏振光束时，可以获得这样的场。

两光子显微镜、STED、等离子体表面共振

聚焦不同拓扑电荷的 LG 光束允许在焦点中产生各种强度和偏振模式，这些模式对 STED、双光子显微镜或等离子体表面共振具有有趣的特性。 改变螺旋板的相位延迟和产生不同拓扑电荷的可能性提供了各种各样有趣的配置。

驱动程序（可选）

可变螺旋板可以用标准实验室函数发生器驱动，但也可以用 USB ARCoptix LC 驱动器驱动。 Variable 螺旋板带有与 USB LC 驱动程序兼容的 Lemo 连接器。

Arcoptix LC（液晶）驱动器是 USB 计算机控制的电源，优化用于驱动偏振转换器。 可变 Q 板的相位延迟可以通过调整其两个电极上的偏置进行调整。 因此可以根据所使用的激光波长调整延迟。

Variable 螺旋板带有与 USB LC 驱动程序兼容的 Lemo 连接器。

LC 驱动器有两个独立的输出（Lemo 连接器）。 它们通过一个简单的 Windows 兼容软件进行控制。 输出具有极性反转的可变平方振幅和 1.6 KHz 的频率。 这保证了单元内 LC 层的均匀变化。 可按需提供外部触发输入。

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注：该产品未在中华人民共和国食品药品监督管理部门申请医疗器械注册和备案，不可用于临床诊断或治疗等相关用途