基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法技术

基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法，测量步骤如下：打开连续波激光器电源，该连续波激光器发出的光束照射在准直扩束器上，扩束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在分束镜上；而后反射光束照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后经过分束镜、检偏器后照射在光阑上；所述的光阑的作用是选择反射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束作为涡旋光束；该涡旋光束为待测拓扑荷值涡旋光束；该涡旋光束照射在透射式空间光调制器上，其夫琅禾费衍射光强图通过CCD相机记录后的图像存储进计算机；进而获得待测涡旋光束的拓扑荷值m。本发明专利技术方法能够对涡旋光束的拓扑荷值进行快速、准确测量；具有原理简洁、快速高效的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种满旋光束拓扑荷值的测量方法，具体的说设及一种基于六角星孔 夫巧禾费衍射图案的模板比对法来实现满旋光束拓扑荷值的测量方法。
技术介绍
自从Nye和Ber巧发表了关于相位奇点的文章后，光学满旋吸引了很多人的注意。 光学满旋在许多不同的研究领域如量子信息编码，粒子的微操纵，光束打结，图像处理及其 他领域有重要的应用。一个光学满旋拥有独特的螺旋相位exp(jm0)，且每个光子携带谢丘的 轨道角动量，其中m是满旋光束的拓扑荷值。在研究满旋光束特性及应用时，对生成的满旋 光束的拓扑荷值进行精确测量是该领域首先需要解决的问题。 从目前研究看，满旋光束拓扑荷值的测量主要分为干设测量和衍射测量。比较典 型的干设测量方法是基于马赫-增德尔干设光路的干设条纹数测量，运种方法可W测量大 拓扑荷值的满旋光束【OpticsCommunications334,235(2015)】；而比较突出的衍射测量 方法是利用Ξ角孔衍射图亮点来判断满旋光束拓扑荷值的大小【P化105,053904(2010)】。 但运两种方法都是通过数干设/衍射条纹数测量来实现，对测试者的光路调节水平要求很 高，极易引起误判，而导致对拓扑荷值的测量错误。因此，发展一种满旋光束拓扑荷值快速、 简易测量方法是本领域面临的一个技术难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，提供一种满旋光束拓扑荷值快速、简易测量方法，本专利技术提 出了一种基于六角星孔衍射的满旋光束拓扑荷值测量方法。[000引本专利技术的技术解决方案如下:一种基于六角星孔衍射的满旋光束拓扑荷值测量方 法，该方法利用一测量装置完成测量，所述的测量装置包括一连续波激光器，该连续波激光 器发出的光束照射在准直扩束器上，扩束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在 分束镜上； 经过分束镜后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光;所述的反射光束照射 在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后的光束再次经过分束镜、检偏器 后照射在光阔上； 经过光阔后的光束照射在透射式空间光调制器上，经成像透镜会聚后在CCD相机中成 像;然后存储进计算机进行后续处理； 所述的反射式空间光调制器、透射式空间光调制器、CCD相机与计算机相连;所述的反 射式空间光调制器用于产生满旋光束;所述的透射式空间光调制器写入六角星孔，作为衍 射物体;所述的起偏器和检偏器用于调节满旋光束的光束质量;所述的光阔的作用是选择 反射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束;所述的成像透镜与透射式空间光调制器间 及CCD相机间的距离均为其焦距;测量步骤如下： 步骤一、生成六角星孔;该六角星孔由两个方向相反、有共同中屯、的正Ξ角形孔叠加而 成，其重叠区域不透光；如附图2所示;两个Ξ角孔的中屯、位于xoyo区域内的坐标原点处;上Ξ角形孔径的透过率函数为：其中a是边长。下Ξ角孔径的的边长是b用虚线表示。向下翻转ti可得到其表达式： ?2(X0,yo) =f1ipud (2) t2中的边长是用b来代替原来的a;本专利技术中，b=a;然后叠加得到六角星孔，其透过率 函数为： t(x〇,y〇) = - (3) 利用计算机得到六角星孔图像，如附图3所示； 步骤二、利用计算机模拟出满旋光束，满旋光束光场的极坐标表达式为： Ε(γ,Θ)=Α·exp(jm0) (4) 其中，A为光场振幅，令其为l;j为虚数单位，m为拓扑荷值，m取整数； 步骤Ξ、利用计算机模拟满旋光束经过六角星孔的夫巧禾费衍射光强图，存入计算机 作为对比模板;通过改变m数值，可W获得不同拓扑荷值满旋光束的夫巧禾费衍射光强图； 步骤四、利用公式(4)，基于计算全息法，利用透射式空间光调制器产生实际满旋光束； 步骤五、利用计算机将六角星孔图像写入透射式空间光调制器，透射式空间光调制器 作为衍射屏； 步骤六、打开连续波激光器电源，该连续波激光器发出的光束照射在准直扩束器上，扩 束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在分束镜上;经过分束镜后，光束被分为两 束，一路为反射光，一路为透射光;所述的反射光束照射在反射式空间光调制器上，经反射 式空间光调制器反射后经过分束镜、检偏器后照射在光阔上;所述的光阔的作用是选择反 射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束作为满旋光束;该满旋光束为待测拓扑荷值满 旋光束;该满旋光束照射在透射式空间光调制器(写有六角星孔的衍射物体)上，其夫巧禾 费衍射光强图通过CCD相机记录后的图像存储进计算机； 步骤屯、将步骤六中获得的满旋光束的六角星孔夫巧禾费衍射图与步骤Ξ中的对比模 板进行对比，获得待测满旋光束的拓扑荷值m。 本专利技术，所述的连续波激光器选择波长为632.8nm，功率为3mW的激光器。 有益效果:与W往技术相比，本专利技术方法能够对满旋光束的拓扑荷值进行快速、准 确测量;具有原理简洁、快速高效的优点；本专利技术可广泛引用于满旋光束测试及光綴等领 域。【附图说明】[000引图1是本专利技术的装置原理图；图中标记：100-激光器，110-准直扩束器，121-起偏 器，122-检偏器，130-分束镜，210-反射式空间光调制器，220-光阔，230-透射式空间光调制 器，240-成像透镜，300-CCD相机，400-计算机。图2为生成六角星孔的原理图。 图3为计算机模拟得到的六角星孔图像。 图4为满旋光束经图3的六角星孔夫巧禾费衍射光强模板图，图中五幅子图从左至 右分别为拓扑荷值m= 1，2，3，4，5的衍射光强模板图。 图5为实验记录的五幅满旋光束的六角星孔夫巧禾费衍射图，测试结果为从左至 右其拓扑荷值分别为m= 1，2，3，4，5。【具体实施方式】 下面结合实例对本专利技术作进一步说明。 如附图1所示，基于六角星孔衍射的满旋光束拓扑荷值测量方法所用的测量装置， 包括一连续波激光器100，该实施例中连续波激光器100选择波长为632.8nm，功率为3mW的 激光器;该连续波激光器100发出的光束照射在准直扩束器110上，扩束后的光束经起偏器 121后变成线偏振光，然后照射在分束镜130上； 经过分束镜130后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光;所述的反射光束照 射在反射式空间光调制器210上，经反射式空间光调制器210反射后的光束再次经过分束镜 130、检偏器122后照射在光阔220上； 经过光阔220后的光束照射在透射式空间光调制器230上，经成像透镜240会聚后在CCD相机300中成像;然后存储进计算机400进行后续处理； 所述的反射式空间光调制器210、透射式空间光调制器230、CCD相机300与计算机400相 连;所述的反射式空间光调制器210用于产生满旋光束;所述的透射式空间光调制器230写 入六角星孔，作为衍射物体;所述的起偏器121和检偏器122用于调节满旋光束的光束质量； 所述的光阔的作用是选择反射式空间光调制器210衍射光场的一级衍射光束;所述当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法，该测量方法利用一测量装置进行测量，所述的测量装置包括连续波激光器（100），该连续波激光器（100）发出的光束照射在准直扩束器（110）上，扩束后的光束经起偏器（121）后变成线偏振光，然后照射在分束镜（130）上；经过分束镜（130）后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；所述的反射光束照射在反射式空间光调制器（210）上，经反射式空间光调制器（210）反射后的光束再次经过分束镜（130）、检偏器（122）后照射在光阑（220）上；经过光阑（220）后的光束照射在透射式空间光调制器（230）上，经成像透镜（240）会聚后在CCD相机（300）中成像；然后存储进计算机（400）进行后续处理；所述的反射式空间光调制器（210）、透射式空间光调制器（230）、CCD相机（300）与计算机（400）相连；所述的反射式空间光调制器（210）用于产生涡旋光束；所述的透射式空间光调制器（230）写入六角星孔，作为衍射物体；所述的成像透镜（240）与透射式空间光调制器（230）之间以及CCD相机（300）之间的距离均为其焦距；测量步骤如下：步骤一、生成六角星孔；该六角星孔由两个方向相反、有共同中心的正三角形孔叠加而成，其重叠区域不透光；两个三角孔的中心位于x0y0区域内的坐标原点处；上三角形孔径的透过率函数为：(1)其中a是边长，下三角孔径的的边长是b用虚线表示，向下翻转t1可得到其表达式：(2)t2中的边长是用b来代替原来的a；本专利技术中，b=a；然后叠加得到六角星孔，其透过率函数为：(3)利用计算机得到六角星孔图像；步骤二、利用计算机模拟出涡旋光束，涡旋光束光场的极坐标表达式为：(4)其中，A为光场振幅，令其为1；j为虚数单位，m为拓扑荷值，m取整数；步骤三、利用计算机模拟涡旋光束经过六角星孔的夫琅禾费衍射光强图，存入计算机作为对比模板；通过改变m数值，可以获得不同拓扑荷值涡旋光束的夫琅禾费衍射光强图；步骤四、利用公式（4），基于计算全息法，利用透射式空间光调制器产生实际涡旋光束；步骤五、利用计算机将六角星孔图像写入透射式空间光调制器，透射式空间光调制器作为衍射屏；步骤六、打开连续波激光器电源，该连续波激光器发出的光束照射在准直扩束器上，扩束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在分束镜上；经过分束镜后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；所述的反射光束照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后经过分束镜、检偏器后照射在光阑上；所述的光阑的作用是选择反射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束作为涡旋光束；该涡旋光束为待测拓扑荷值涡旋光束；该涡旋光束照射在透射式空间光调制器上，其夫琅禾费衍射光强图通过CCD相机记录后的图像存储进计算机；步骤七、将步骤六中获得的涡旋光束的六角星孔夫琅禾费衍射图与步骤三中的对比模板进行对比，获得待测涡旋光束的拓扑荷值m。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新忠，台玉萍，李贺贺，王静鸽，张利平，甄志强，尹传磊，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41