要實現(xiàn)全光控制，需要從光束的表達式出發(fā)，給出攜帶有相位、振幅和偏振參量的表達式。根據(jù)瓊斯矢量的表征，光場表示為：

式中 A(x， y) 是振幅分布，Φ( x， y) 是 x 分量和 y 分量的共同相位，Ex 和 Ey 是歸一化的瓊斯矢量，攜帶有偏振信息，且 Ex 和 Ey 都是實數(shù)，滿足 E2x + E2y = 1 。 δ( x， y) 是 x 分量和 y 分量間的相位延遲?？梢悦黠@看出，相位[Φ(x， y)] 、振幅 [A( x， y)] 、偏振方向( Ex 和 Ey )和相位延遲 [δ(x， y)] 4 個自由度能表征矢量光場，因此逐點像素調制 4 個自由度就可以產生任意分布的矢量光場，4 個自由度詳細的調制原理如下。

水平方向偏振的高斯光束照射到 SLM 上，反射光束就攜帶有加載的相位信息，即實現(xiàn)了相位調制，瓊斯矢量表達為：

式中 E0 ( x， y) 是入射線偏振光的振幅，？1( x， y) 是加載到空間光調制器的相位模式。

根據(jù)馬呂斯定律 I = I0 cos2θ ，入射線偏振光通過偏振片后，出射光的振幅與入射光的振幅成余弦平方的關系，余弦角 q 是線偏振光與偏振片的夾角，因此要實現(xiàn)振幅調制，就必須使光束發(fā)生偏振旋轉。實驗上在不改變偏振片方向的前提下要實現(xiàn)偏振旋轉的方法是通過 1/4 波片(QWP)和透射型 SLM 或反射型 SLM 的結合，后面實驗中采用 QWP 和反射型 SLM 來實現(xiàn)偏振旋轉。

純偏振旋轉的實驗裝置如圖 1 所示，包括一個快軸與水平方向成 45°的 QWP 和一個反射型的 SLM。線偏振光束經過 QWP 打到 SLM 上發(fā)生反射，反射回來的光會第二次經過 QWP。由于相反的傳輸方向，實驗室坐標系會發(fā)生水平翻轉，因此第二次經過的 QWP 的快軸與水平方向成 135°方向。

從(3)式中可以看出，偏振旋轉只與加載在 SLM 上的 ？( x， y) 有關。根據(jù)上述分析可以看出，用一個純偏振旋轉裝置和一個偏振片就能實現(xiàn)振幅調制。瓊斯矢量表達為：

φ2 ( x， y) 是加載到 SLM 上的相位模式。

根據(jù)(3)式，水平偏振的光照直接照射到偏振旋轉裝置上就可以實現(xiàn)偏振旋轉，實現(xiàn)偏振旋轉后的光的瓊斯矢量場表達為：

φ3 ( x， y) 是加載到 SLM 上的相位模式。

調制橢偏度就是讓 x 分量和 y 分量之間產生相位延遲，即改變 x 分量或者 y 分量的相位。實驗中使用的 SLM 只對 x 方向的線偏振光起作用，因此改變 x 分量的相位就能實現(xiàn)橢偏度的調制，即讓 x 方向的線偏振光束直接照到 SLM 上，最終的出射光場的瓊斯矢量表達式變?yōu)椋?/div>

 

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