众所周知，偏振是描述光场特性的一个重要的参数。然而直至上世纪60年代矢量光场才由Snitzer教授提出。鉴于矢量光在光操纵、光通信等领域的应用，科学家对矢量光产生了浓厚的兴趣。然而，在过去的研究中，大多数产生的矢量光场的横截面光强分布都与拓扑荷数有关，这就限制了诸如具有较大的拓扑荷数的矢量光耦合进入光纤等的应用。此外，在光操纵领域，传统的矢量光横截面光强分布随着拓扑荷变化这一性质导致捕获粒子的运动轨迹很难得到控制。基于此，我们利用图一装置成功在线性和非线性领域同时产生完美矢量光场。

图一 实验装置图，（a）,（b）分别在线性和非线性波段产生的完美矢量光。

实验上，我们利用Sagnac干涉仪与级联的倍频晶体相结合来实现完美矢量光在线性和非线性领域的产生。为了说明实验的灵活性，我们通过调节二分之一波片将基频光初相位调为π⁄3和2π⁄3，实验结果如图二第一、三行所示，与之对应产生的非线性完美矢量光分布在二、四行。为了说明其矢量性质，我们用格兰泰勒棱镜对其进行分析，发现在格兰泰勒棱镜偏振方向不同产生的矢量光强度分布也随之变化，这就进一步说明产生的光为矢量光。由于倍频过程满足Type-II相位匹配条件，我们可以看到倍频光的偏振分布与基频光完全不同。

图二 一三行表示线性波段的完美矢量光，二四行为对应的非线性波段矢量光。

图三 不同拓扑荷数完美矢量光的半径。

为了进一步验证产生的光场为完美矢量光，我们测了不同拓扑荷数完美矢量光的半径，结果如图三所示。实验证明无论拓扑荷数怎样变化，产生的完美矢量的半径均相等。究其原因，完美矢量光的半径可有公式 确定，其中 为透镜L1或者L2的焦距，n和 分别为锥透镜的折射率和底角，这就可以看出完美矢量光的半径与拓扑荷数无关。这就为矢量光在其他领域的应用打下了良好的基础。该技术有望在诸如和频、差频等其他非线性领域实现，也就为完美矢量光在其他波段的产生提供了可能。

该文章发表在“Hui Li, Haigang Liu, and Xianfeng Chen, Dual waveband generator of perfect vector beams, Photonics Research, 7(11) 1340 (2019).”