光纤实现任意第一阶庞加莱球上圆柱矢量光束的全纤维生成

本文主要探讨了一种在光纤中实现任意圆柱向量（Cylindrical Vector, CV）模式全光纤生成的新方法，其核心是建立第一阶庞加莱球（First-Order Poincaré Sphere, FOPS）上的基线性极化模式与CV模式之间的线性映射关系。这项研究利用了四维复琼斯矩阵的概念，这些矩阵是基于线性极化模式基的。 作者们提出了一种理论模型，通过该模型，能够在实验上设计出一个全光纤系统，用于在FOPS上产生任意的CV光束。这种方法的关键在于利用光纤中的基础模式（Fundamental Mode）作为起点，通过精心设计的光学元件组合，如模式转换器（Mode Converter），将线性极化状态转换成复杂的CV模式。这种转换过程是基于对光纤传输的深入理解，特别是对光的偏振态在不同极化基下的表示和变换规则。 研究中，首先对纤维中的基本模式的极化状态进行分析，将其映射到FOPS的不同位置，这个过程涉及到复琼斯矩阵的运算和矩阵乘法。然后，通过控制光纤内的相位调制或偏振模分裂技术，实现了从线性极化向任意CV模式的精确转换。这一过程具有重要的实际应用价值，例如在光通信、光束操纵、光学测量以及量子信息处理等领域，CV光束因其特殊的结构和属性（如自旋-轨道耦合和空间-偏振纠缠）被广泛应用。 实验部分展示了理论模型的有效性和实用性，验证了在光纤环境下生成任意CV模式的可行性。整个过程不仅提高了光纤光束操控的灵活性，还降低了对外部设备的依赖，对于推动光纤通信和光子学技术的发展具有重要意义。 总结来说，这篇论文的主要贡献是提出了一种创新的全光纤方法，它通过线性映射关系，实现了对第一阶庞加莱球上任意圆柱向量模式的高效生成，这对于未来的光纤通信技术和光子学研究是一个重要突破。此外，该成果还展示了理论与实验相结合的优势，为相关领域的工程师和研究人员提供了新的工具和思路。