本发明属于空间光调控领域，具体涉及一种光束偏振态调控方法和装置。
背景技术：
1、空间光调制技术是一种利用调制器件对空间光场某个或多个物理参量进行调控的技术，常用的调制器件包括空间光调制器(spatial light modulator,slm)、数字微镜设备(digital micromirror device,dmd)以及超表面结构。其中，slm(空间光调制器)尤其是相位型slm以其高衍射效率和动态可刷新性成为更常用的选择。通过计算并在slm上加载相位图可以实现对入射光场参数的高效动态调控。
2、slm对光场振幅、相位、强度等信息的调控历经数十年的发展，算法和应用已经较为成熟，在光通信、光存储、微纳加工、显微成像、全息技术等诸多领域取得了重要的成就。然而，目前空间光调制技术的发展逐渐接近瓶颈，受限于更高数据量相位图计算对运算能力的要求和更高精度slm对微纳制造工艺的要求，现有调控方案的发展难以取得进一步突破。
3、偏振是光场另一个固有属性，且偏振调控的研究起步较晚，对偏振这一参量的精确调控，可以有效地为当前的空间光调控技术引入新的维度，提升操控的自由度和信息量。近年来，一种偏振态随空间变化的非均一偏振光波，称为矢量光束，凭借新颖独特的光学特性，逐渐成为研究的热点。目前的研究主要聚焦在具有柱对称偏振特性的一类矢量光束，称为柱矢量光束，其在光学捕获、超分辨成像，激光微加工等领域具有广阔的应用前景。但目前基于slm的柱矢量光束生成方法需要采用至少多块slm或对单块slm进行分区，系统结构复杂，调试难度大。此外，除了具有柱对称规律的矢量光束，稳定产生更高自由度的偏振态分布的矢量光束，在光斑整形，焦场调控等领域同样具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出了一种结构简单的光束偏振态调控装置，可以对光波前任意空间位置的偏振态进行任意设计和排布。
2、本发明提供的技术方案如下：
3、一种光束偏振态调控装置，包括同轴依次设置的二分之一波片，空间光调制器和四分之一波片；所述二分之一波片和四分之一波片具有相同的工作波长，由入射光波长决定；所述二分之一波片和四分之一波片的角度组合需要满足出射光为线偏振的要求；所述空间光调制器的相位分布由目标偏振分布确定。
4、所述“出射光为线偏振”是指出射光束为线偏振的分布，对出射光的角度没有限制，可以是各个角度的线偏振光的任意空间排布。
5、其中二分之一波片，空间光调制器(slm)，四分之一波片依次放置，共有一光学中心轴。二分之一波片、四分之一波片置于空间光调制器两侧。二分之一波片和四分之一波片工作波长相同，且与入射光波长相同。根据目标偏振分布，计算得到相位分布，加载到空间光调制器上。
6、入射光为线偏光。
7、所述二分之一波片或四分之一波片的角度，是指二分之一波片或四分之一波片的快轴与水平方向的角度，观察方向定义为面向激光入射的方向。所述二分之一波片和四分之一波片的快轴均可在0-2π角度范围内旋转。
8、根据入射线偏光的角度和空间光调制器的优先方向，可以确定二分之一波片和四分之一波片的角度组合，该角度组合不唯一。通过设定二分之一波片和四分之一波片为相应角度，可以在四分之一波片后实现出射光目标偏振分布的调制。
9、设计时，根据slm优先方向和输入线偏光方向，可以选择和确定二分之一波片和四分之一波片的角度组合，继而通过改变slm上的相位值对输出光束的偏振态进行调控。对于特定的输入线偏光方向和slm优先方向，对应的二分之一波片和四分之一波片的角度组合有多组。
10、作为优选，空间光调制器优先方向为竖直方向、或者水平方向。
11、作为优选，所述空间光调制器为相位型空间光调制器(相位型slm)或者振幅型空间光调制器。
12、作为优选，所述空间光调制器为相位型空间光调制器。
13、作为优选，所述空间光调制器为透射式或反射式空间光调制器。
14、作为优选，所述空间光调制器的相位分布与目标偏振分布呈线性关系。
15、作为优选，目标偏振分布作为横坐标、空间光调制器的相位分布作为纵坐标时，斜率为2或-2，截距为π/2或-π/2。更具体的，空间光调制器优先方向为水平方向，入射线偏光偏振方向为任意角度θin[0,π)时，二分之一波片和四份之一波片可选择的角度，以及对应的空间光调制器相位φxy与出射角度(即目标偏振分布)φ0关系如下：
16、
17、空间光调制器优先方向为竖直方向，入射线偏光偏振方向为任意角度θin[0,π)时，二分之一波片和四份之一波片可选择的角度，以及对应的空间光调制器相位φxy与出射角度(即目标偏振分布)φ0关系如下：
18、
19、由于slm为像素结构，可以通过改变加载到slm上的相位图，改变波前每一点的相位延迟，进而对波前偏振态进行像素级别的任意调控，即可以在任意位置实现0-2π任何角度的偏振方向。
20、一种光束偏振态调控方法，采用上述任一项所述的装置进行调控，包括：入射光依次经过二分之一波片、空间光调制器和四分之一波片，完成目标偏振分布的调制。
21、本发明可以实现对输出光束光波前偏振态任意空间位置像素级别，0-2π偏振方向的任意调控，可以生成规律性变化的矢量光束，可以生成任意偏振方向的均匀线偏光，也可以生成如环形分布、上下左右分布等随空间位置任意分布的复杂偏振光，可以应用在偏振敏感材料的加工处理中，也可以通过偏振片将偏振分布转换为强度分布，应用于超表面制造、微纳加工、超分辨成像等领域。
1.一种光束偏振态调控装置，其特征在于，包括同轴依次设置的二分之一波片，空间光调制器和四分之一波片；所述二分之一波片和四分之一波片具有相同的工作波长，由入射光波长决定；所述二分之一波片和四分之一波片的角度组合需要满足出射光为线偏振的要求；所述空间光调制器的相位分布由目标偏振分布确定。
2.根据权利要求1所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，空间光调制器优先方向为竖直方向、或者水平方向。
3.根据权利要求2所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，所述空间光调制器的相位分布与目标偏振分布呈线性关系。
4.根据权利要求3所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，目标偏振分布作为横坐标、空间光调制器的相位分布作为纵坐标时，斜率为2或-2，截距为π/2或-π/2。
5.根据权利要求4所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，空间光调制器优先方向为水平方向，入射线偏光偏振方向为任意角度θin[0,π)时，二分之一波片和四分之一波片可用的角度组合，以及对应的空间光调制器相位φxy与目标偏振角度φ0关系如下：
6.根据权利要求1所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，所述空间光调制器为相位型空间光调制器或者振幅型空间光调制器。
7.根据权利要求6所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，所述空间光调制器为相位型空间光调制器。
8.根据权利要求1所述的光束偏振态调控装置，其特征在于，所述空间光调制器为透射式或反射式空间光调制器。
9.一种光束偏振态调控方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的装置进行调控，包括：入射光依次经过二分之一波片空间光调制器和四分之一波片，完成目标偏振分布的调制。
