用于產(chǎn)生渦流的可變螺旋板 (VSP)

線性入口可轉(zhuǎn)換為各種偏振分布

圓偏振平面波轉(zhuǎn)化為螺旋波

具有 2 拓?fù)潆姾傻穆菪鍍?nèi)液晶的排列

用于產(chǎn)生渦流的可變螺旋板 (VSP)是一種無源液晶光學(xué)元件，能夠?qū)⒑唵蔚募す馐薷臑闇u旋光束、具有軌道動(dòng)量 (L=1 或 L=2) 的徑向偏振光束。 VSP 是一種全透明的光學(xué)元件，沒有散射或衍射光損失（除了材料的吸收損失）。 通過將 VSP 放置在激光束的光路中，可以簡單地實(shí)現(xiàn)從均勻線性偏振光束到例如徑向、方位角（或檸檬形、螺旋形或星形分布）的轉(zhuǎn)換。 不同的輸出偏振模式可以通過簡單地改變施加在 VSP 的 Q 板上的偏置來獲得。

• 能夠通過簡單地改變偏置或輸入偏振來生成許多不同的圓對(duì)稱和連續(xù)偏振分布

• 一種元素適用于 400 到 1500nm 的所有波長

• 適用于所有類型的激光和飛秒脈沖激光

• 能夠產(chǎn)生軌道動(dòng)量和螺旋光束

• 能夠產(chǎn)生徑向和方位角偏振分布

• 無損耗、無散射、無衍射、無分段

軌道動(dòng)量或螺旋波前生成-螺旋相位板 (SPP)

VSP 的一個(gè)有趣應(yīng)用是將具有圓形（左或右）偏振的平面波前轉(zhuǎn)換為具有光學(xué)渦旋的光束（光束中心具有未定義的相位）。 這種光束攜帶軌道動(dòng)量 (OAM) 并具有螺旋波前，如下圖所示。 Q 板的延遲由交流偏置控制，可以調(diào)整為 50-1500nm 之間的任何所需值。 作為附加功能，只需更改 q 板上的偏置，就可以打開和關(guān)閉軌道動(dòng)量（在 100 毫秒內(nèi)）。 注意

徑向和方位角偏振

作為 ARCoptix 徑向偏振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品（鏈路），VSP（拓?fù)?q = 0.5）能夠?qū)⒕€性輸入偏振轉(zhuǎn)換為徑向或方位角偏振（取決于輸入偏振）。 通過簡單地調(diào)整施加在 VSP 上的交流電壓 (0-5V)，相同的 Q 板可以適應(yīng)任何波長。

螺旋相位

可變螺旋板可以從具有螺旋相位的簡單高斯光束產(chǎn)生。 為了證明這一點(diǎn)，我們創(chuàng)建了一個(gè)著名的 Mac-Zehnder 干涉儀裝置，與 CDD 相機(jī)耦合，以記錄干涉儀輸出端的干涉圖樣。 通過傾斜干涉儀的兩束光束，我們獲得規(guī)則的干涉條紋（如圖所示），并通過引入螺旋板（具有半波延遲），我們獲得相位錯(cuò)位（干草叉全息圖）。 同樣，如果將 VSP 延遲調(diào)整（通過電偏置）到全波延遲，位錯(cuò)就會(huì)消失，如下圖所示。

VSP 關(guān)閉-無錯(cuò)位

VSP 開關(guān)位錯(cuò)顯示螺旋相位

正交偏振器之間的 Q=0,5 (OM=1) 徑向偏振

正交偏光片之間的 Q=1 (OM=2)

請(qǐng)注意，螺旋板類似于我們的徑向偏振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。該產(chǎn)品的主要區(qū)別在于，使用螺旋板，可以獲得螺旋或徑向偏振，而使用偏振轉(zhuǎn)換器，則始終同時(shí)獲得徑向偏振和螺旋相位。下表總結(jié)了螺旋板和 ARCoptix 偏振轉(zhuǎn)換器之間的差異。

通過查看表中的比較，顯然 VSP 與偏振轉(zhuǎn)換器相比具有許多優(yōu)勢(shì)。此外，VSP在光圈中間沒有PI相位階躍，這使得設(shè)備調(diào)整更簡單，光束質(zhì)量會(huì)更好。還需要注意的是，Polarization 是一種經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)備，已被許多科學(xué)家全滿意地使用。 VSP 是一個(gè)新產(chǎn)品，暫時(shí)沒有參考。請(qǐng)注意，為了獲得優(yōu)良質(zhì)量，建議使用直徑至少為 5 毫米的光束尺寸。由于單元中心的基本 LC 制造限制，使用低于 2-3 毫米的光束尺寸獲得的結(jié)果可能會(huì)受到不完善的影響。

原則

具有 q=1 拓?fù)潆姾傻穆菪鍍?nèi)液晶的排列

螺旋板是一種向列液晶單元，由兩個(gè)聚合物取向的基板組成，中間有液晶層。螺旋板中 LC 的局部對(duì)準(zhǔn)可以在其制造過程中構(gòu)造為任何所需的圖案。事實(shí)上，印在聚合物層上的排列方向平行于聚合過程中紫外光的偏振。通過利用入射紫外光的偏振，可以獲得液晶的各種排列圖案，從而獲得光軸的排列圖案。在示意圖中，顯示了如何實(shí)現(xiàn) Q 板的不同對(duì)準(zhǔn)模式。通過改變光罩和偏光片的旋轉(zhuǎn)速度，可以獲得各種圓對(duì)稱排列圖案。類似制造過程的更詳細(xì)描述可以在參考文獻(xiàn)（出版標(biāo)簽）中找到。

請(qǐng)注意，該過程是一個(gè)連續(xù)的過程，沒有創(chuàng)建對(duì)齊步驟。 UV 對(duì)準(zhǔn)過程會(huì)產(chǎn)生 LC（或光軸）局部對(duì)準(zhǔn)的平滑和連續(xù)變化。

此外，我們想在此指出，用于制造這種 Q 板的相同光對(duì)準(zhǔn)技術(shù)原則上可以創(chuàng)建幾乎所有的偏振分布。目前，我們將精力集中在具有圓形對(duì)稱分布的偏振分布上，該分布允許輕松生成（通過簡單地將 Q 板放置在光束的光路中）具有不同拓?fù)潆姾傻氖噶繙u旋光束。但我們對(duì)每一個(gè)客戶的建議或?qū)τ杏玫碾p折射圖案的新想法的需求持開放態(tài)度。

可變螺旋板規(guī)格

應(yīng)用

環(huán)形焦點(diǎn)（或縮小尺寸的焦點(diǎn)）

作為 ARCoptix 的偏振轉(zhuǎn)換器，Q-plate 能夠產(chǎn)生環(huán)形焦點(diǎn)，這對(duì)許多應(yīng)用都很有用。 光束的拓?fù)潆姾桑丛谥圃鞎r(shí)由螺旋板定義）可以產(chǎn)生不同大小的環(huán)形焦點(diǎn)（拓?fù)潆姾稍礁撸h(huán)越大）。

軌道動(dòng)量

當(dāng)偏振轉(zhuǎn)換器與偏振器結(jié)合使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可用作偏振軸探測(cè)器 (PAF) 的設(shè)備。 觀察 PAF，當(dāng)入口偏振為線性時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)暗段。 暗段的方向給出了偏振的方向。

雙折射材料的檢測(cè)：當(dāng)在兩個(gè)PAF（兩個(gè)偏光片和兩個(gè)偏振轉(zhuǎn)換器）之間放置一種短折射材料時(shí)，可以一目了然地分析樣品的雙折射特性（特征干涉色和主軸）。 樣品和偏振器都不需要旋轉(zhuǎn)。

螺旋波前

螺旋板產(chǎn)生具有螺旋波前或軌道動(dòng)量的光束。 例如，這種光束能夠制造旋轉(zhuǎn)粒子。 它還可以用于電信應(yīng)用。

Z方向的強(qiáng)電場(chǎng)（或縱向場(chǎng)）

對(duì)于某些應(yīng)用，如原子力顯微鏡 (AFM)，在 Z 方向具有強(qiáng)電場(chǎng)非常重要。 例如，當(dāng)聚焦由 S 板產(chǎn)生的徑向偏振光束時(shí)，可以獲得這樣的場(chǎng)。

兩光子顯微鏡、STED、等離子體表面共振

聚焦不同拓?fù)潆姾傻?LG 光束允許在焦點(diǎn)中產(chǎn)生各種強(qiáng)度和偏振模式，這些模式對(duì) STED、雙光子顯微鏡或等離子體表面共振具有有趣的特性。 改變螺旋板的相位延遲和產(chǎn)生不同拓?fù)潆姾傻目赡苄蕴峁┝烁鞣N各樣有趣的配置。

驅(qū)動(dòng)程序（可選）

可變螺旋板可以用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室函數(shù)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，但也可以用 USB ARCoptix LC 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。 Variable 螺旋板帶有與 USB LC 驅(qū)動(dòng)程序兼容的 Lemo 連接器。

Arcoptix LC（液晶）驅(qū)動(dòng)器是 USB 計(jì)算機(jī)控制的電源，優(yōu)化用于驅(qū)動(dòng)偏振轉(zhuǎn)換器。 可變 Q 板的相位延遲可以通過調(diào)整其兩個(gè)電極上的偏置進(jìn)行調(diào)整。 因此可以根據(jù)所使用的激光波長調(diào)整延遲。

Variable 螺旋板帶有與 USB LC 驅(qū)動(dòng)程序兼容的 Lemo 連接器。

LC 驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)獨(dú)立的輸出（Lemo 連接器）。 它們通過一個(gè)簡單的 Windows 兼容軟件進(jìn)行控制。 輸出具有極性反轉(zhuǎn)的可變平方振幅和 1.6 KHz 的頻率。 這保證了單元內(nèi) LC 層的均勻變化。 可按需提供外部觸發(fā)輸入。