一种基于波片的用于线、圆偏振光的单向传输装置、实验装置及使用方法

摘要

本发明公开了一种基于波片的用于线、圆偏振光的单向传输装置、实验装置及使用方法，其中，用于线偏振光的单向传输装置由二分之一波片和偏振片构成，且二分之一波片与偏振片安装在同一支柱上，二分之一波片的光轴和偏振片的光轴在一条直线上依次设置，且二分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°；用于圆偏振光的由两个四分之一波片和一个偏振片构成，两个四分之一波片和偏振片安装在同一个支柱上，且两个四分之一波片的中心和偏振片的中心在一条直线上，偏振片置于两个四分之一波片之间，且第一四分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°。该装置正反传输的平均透射率对比度高，可满足线偏振光和圆偏振光的单向传输，且结构简单，无需外加激励。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波传输调控技术领域，特别涉及一种基于波片的用于线、圆偏振光的单向传输装置、实验装置及使用方法。

背景技术

单向传输是指光从结构正面入射和反面入射透射率存在很大的差异，是一种光波不可逆转的技术。随着信息技术的发展，人们对信息安全越来越重视。因此单向传输在光通信系统以及信息处理方面具有广泛的应用前景，实现电磁波的单向传输显得尤为重要。

实现单向传输的传统方法是使用磁光材料和非线性材料，然而磁光材料需要外加强磁场产生磁光效应，并且体积较大不利于集成。同样也有研究成果显示采用硅的非线性可实现对比度为40dB的单向传输，但是该方法需要强的外部激励激发非线性，在使用中将会受到激励源的限制。

发明内容

本发明提供了一种基于波片的用于线、圆偏振光的单向传输装置、实验装置及使用方法，以用于解决现有单向传输方法结构复杂、体积大不利于集成，以及需要外部激励的技术问题。

本发明一方面实施例提供了一种针对于线性偏振光的单向传输装置，包括：一个二分之一波片和一个偏振片，其中，所述二分之一波片和所述偏振片安装在同一根支柱上，所述二分之一波片的中心和所述偏振片的中心在同一条线上，所述二分之一波片置于所述偏振片之前，且所述二分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°。

本发明第二方面实施例提供了一种线偏振光的单向传输装置的实验装置，包括：上述用于线偏振光的单向传输装置、激光器、光功率计和处理器，其中，所述激光器用于发射线偏振光；所述用于线偏振光的单向传输装置置于所述激光器和所述光功率计之间，用于正向传输所述线偏振光，反向抑制所述线偏振光的传输；所述光功率计用于测量正向透射率和反向透射率；所述处理器与所述光功率计连接，用于处理多个正向透射率和多和个反向透射率，得到对比度，进而确定是否为单向传输。

本发明第三方面实施例提供了一种基于波片的用于线偏振光的单向传输装置的实验装置使用方法，包括以下步骤：通过所述激光器发射第一线偏振光；使所述第一线偏振光正向通过所述用于线偏振光的单向传输装置；利用所述光功率计测量正向通过单向传输装置的透射率；将所述用于线偏振光的单向传输装置转动180°；再次通过所述激光器发射所述第一线偏振光；使所述第一线偏振光反向通过所述用于线偏振光的单向传输装置；利用所述光功率计测量反向通过单向传输装置的透射率；多次测量，得到多个正向透射率和所述多个反向透射率；利用处理器，处理所述多个正向透射率和所述多个反向透射率，得到最大对比度和最小对比度，进而确定是否为单向传输。

本发明第四方面实施例提供了一种基于波片的用于圆偏振光的单向传输装置，包括：第一四分之一波片、第二四分之一波片和一个偏振片，其中，两个四分之一波片和所述偏振片安装在同一个支柱上，且所述两个四分之一波片的中心和所述偏振片的中心在同一条线上，所述第一四分之一波片位于所述偏振片之前，所述第二四分之一波片位于所述偏振片之后，且所述第一四分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°。

本发明第五方面实施例提供了一种基于波片的用于圆偏振光的单向传输装置的实验装置，包括：第三四分之一波片、上述用于圆偏振光的单向传输装置、激光器、光功率计和处理器，其中，所述激光器用于发射线偏振光；所述第三四分之一波片置于所述激光器之后，用于将所述线偏振光转化为圆偏振光；所述用于圆偏振光的单向传输装置置于所述第三四分之一波片和所述光功率计之间，用于正向传输所述圆偏振光，反向抑制所述圆偏振光的传输；所述光功率计用于测量正向透射率和反向透射率；所述处理器与所述光功率计连接，用于处理多个正向透射率和多个反向透射率，得到对比度，进而确定是否为单向传输。

本发明第六方面实施例提供了基于波片的用于圆偏振光的单向传输装置的实验装置使用方法，包括以下步骤：通过所述激光器发射第一线偏振光；利用所述第三四分之一波片将所述第一线偏振光转化为第一圆偏振光；使所述第一圆偏振光正向通过所述用于圆偏振光的单向传输装置；利用所述光功率计测量正向通过单向传输装置的透射率；将所述用于圆偏振光的单向传输装置转动180°；再次通过所述激光器发射所述第一线偏振光；再利用所述第三四分之一波片将所述第一线偏振光转化为所述第一圆偏振光；使所述第一圆偏振光反向通过所述用于圆偏振光的单向传输装置；利用所述光功率计测量反向通过单向传输装置的透射率；多次测量得到多个正向透射率和所述多个反向透射率；利用处理器，处理所述多个正向透射率和所述多个反向透射率，得到最大对比度和最小对比度，进而确定是否为单向传输。

本发明的技术方案，至少实现了如下有益的技术效果：

结构简单，无需外加激励；可同时满足线性偏振和圆偏振光的单向传输；另外，两个单向传输装置的正反传输的透射率对比度高，线性偏振可达37.3dB，圆偏振光可达34.6dB。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的针对于线偏振光的单向传输装置示意图；

图2是本发明一个实施例的当线偏振光入射时，两个方向上测得的透射率以及相应的对比度图像；

图3是本发明一个实施例的圆偏振光的单向传输装置示意图；

图4是本发明一个实施例的当圆偏振光入射时，两个方向上测得的透射率以及相应的对比度图像。

附图标记说明：

10-线偏振光的单向传输装置、11-二分之一波片、12-偏振片、13-激光器、14-光功率计、30-圆偏振光的单向传输装置、31-第一四分之一波片、32-第二四分之一波片、33-一个偏振片、34-激光器、35-功率计和36-第三四分之一波片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于波片的单向传输装置。

图1是本发明一个实施例的针对于线偏振光的单向传输装置示意图。

如图1所示，该针对线偏振光的单向传输装置10包括：一个二分之一波片11和一个偏振片12。

其中，二分之一波片和偏振片安装在同一根支柱上，二分之一波片的中心和偏振片的中心在一条直线上依次设置，且二分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°。

下面通过基于波片的用于线偏振光的单向传输装置的实验装置对线性偏振的单向传输装置的性能进行说明。

该实验装置包括：一个二分之一波片11、一个偏振片12、激光器13、光功率计14和处理器(图中未标出)。其中，一个二分之一波片11和一个偏振片12安装在同一根支柱上，激光器13的波长为633nm，功率为1.5mW。光功率计14用来测量透射率。

具体实施步骤为：从激光器13发出一束波长为633nm，功率为1.5mW的线偏振光，保证入射面和第一二分之一波片11光轴之间的夹角为45°，然后依次经过二分之一波片11和偏振片12，接着使用功率计测量透射率。此时测得一个方向的透射率，接着将安装着二分之一波片11和偏振片12的支柱转动180°测量反向的透射率，重复三次实验并记录数据，利用处理器计算对比度，进而确定是否为单向传输。。

其中，正向为线偏振光先通过二分之一波片，再通过偏振片，反向为线偏振光先通过偏振片，再通过二分之一波片。

如图2所示，当线偏振光入射时，两个方向上测得的透射率以及相应的对比度。正向传输和反向传输的平均透射率分别为0.787和0.142×10

进一步，如图3所示，该针对圆偏振光的单向传输装置30包括：第一四分之一波片31、第二四分之一波片32和一个偏振片33。

其中，两个四分之一波片和偏振片安装在同一个支柱上，且两个四分之一波片的中心和偏振片的中心在一条直线上，第一四分之一波片位于偏振片之前，第二四分之一波片位于偏振片之后，且第一四分之一波片的光轴与入射面的夹角为45°。

下面通过基于波片的用于圆偏振光的单向传输装置的实验装置对圆偏振光的单向传输装置的性能进行说明。

该装置包括：第一四分之一波片31、第二四分之一波片32、偏振片33、激光器34、功率计35、第三四分之一波片36和处理器(图中未标出)。其中，两个四分之一波片和偏振片33安装在同一根支柱上；激光器34的波长为633nm，功率为1.5mW；功率计35用来测量透射率。

具体实施步骤为：从激光器34发出一束波长为633nm，功率为1.5mW的线偏振光，经过第三四分之一波片36，入射面与第一四分之一波片光轴之间的夹角为45°。该第三四分之一波片36的作用是将激光器34发出的线偏振光转化成圆偏振光，得到的圆偏振光通过本发明提出的单向传输装置，此时测得一个方向的透射率，接着将安装着第一四分之一波片31、第二四分之一波片32和偏振片33的支柱转动180°测量反向的透射率。重复三次实验并记录数据，利用处理器计算对比度，进而确定是否为单向传输。

其中，正向为圆偏振光先通过第一四分之一波片，再通过偏振片，最后通过第二四分之一波片，反向为圆偏振光先通过第二四分之一波片，再通过偏振片，最后通过第一四分之一波片。

如图4所示，当圆偏振光入射时，两个方向上测得的透射率以及相应的对比度。向前和向后的平均透射率分别为0.755和0.206×10

进一步地，本发明所采用的二分之一波片、四分之一波片以及偏振片均是光学实验中最常见的元件，其制作的工艺已经十分成熟，因此其组合结构的加工是可行的。

综上，本发明实施例提出的基于波片的单向传输装置，单向传输装置正向和反向传输对比度高，且结构简单、无需外加激励，该单向传输装置有望在光通信系统以及信息处理中得到广泛的应用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。