基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统与方法，系统包括：用于产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光的奇点光产生模块；用于将所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束的偏振分离模块；用于采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息的光强采集模块；用于将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布的数据处理模块。相对与传统的检测方法，本发明专利技术不仅能更准确的得到奇点光的相位与偏振分布情况，而且系统更为简单，耗时短，操作便捷。

【技术实现步骤摘要】
基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统与方法
本专利技术涉及信息光学
，具体涉及一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统及方法。
技术介绍
奇点光束是一种光强分布呈类似于甜甜圈状的暗中空分布的特殊的结构光束，涡旋光、柱矢量光、柱矢量涡旋光都属于奇点光。其中，涡旋光携带有轨道角动量，具有螺旋状的特殊相位结构，可表示为exp(ilθ)，l为其拓扑荷数，不同拓扑荷数之间的涡旋光相互正交，且理论上l可以取任意整数值，这种特性使得涡旋光在光学复用通信上具有非常强大的应用前景。柱矢量光是一种偏振分布不均匀的光束，其中心位置存在偏振奇点，因此光强也为暗中空分布。柱矢量光在紧聚焦场的作用下在其焦点位置可以得到很强的纵向偏振光场，且相对于普通高斯光束，其具有更小的焦斑尺寸。根据这一特性，柱矢量光束在数据存储、粒子加速、超分辨成像、光镊等领域都有广泛的应用。柱矢量涡旋光束是一种同时包含了柱矢量偏振态与涡旋相位的一种特殊的奇点光束，其同时具备柱矢量光与涡旋光的特性，存在着巨大的运用潜力。柱矢量光与柱矢量涡旋光均可分解为不同拓扑荷数的左旋与右旋圆偏振涡旋光。相位与偏振作为描述光束的两个极为重要的参数，分析光束的相位与偏振结构成为进一步了解奇点光束的重中之重。但是普通的测量涡旋光的螺旋相位一般使用的是平面波或者平面波干涉的方法，对柱矢量光偏振态的检测方法主要是使用Stokes参数法，该方法对光路的准直性与光束的相干性要求较高，实验光路较难调节。并且这两种方法分别只能对相位或者偏振进行测量，且实验光路较为复杂，对光路的准直性要求较高，费时费力且测量精度较低。虽然，也有很多专家学者提出了许多迭代算法来对相位进行恢复，到但是仍然存在还原的相位的误差均较大，迭代次数较多，计算量较大等问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统及系统，旨在解决现有技术中对于奇点光的相位与偏振测量的方法存在误差较大、测量精度低、实验光路复杂以及计算量大等问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述系统包括：奇点光产生模块，用于产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光；偏振分离模块，用于将所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束；光强采集模块，用于采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息；数据处理模块，用于将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述奇点光产生模块包括：用于产生高斯光束的光源；与所述光源连接，用于改变入射光偏振方向的起偏器；与所述起偏器连接，用于改变入射光相位与偏振结构，并产生不用拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光的奇点光产生装置。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述偏振分离模块包括：与所述奇点光产生装置连接，用于实现对偏振分离的偏振分解器。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述光强采集模块包括：与所述偏振分解器连接，用于实现傅里叶变换的傅里叶变换单元；与所述傅里叶变换单元连接，用于采集分离后的涡旋光束的光强图案的光强拍摄装置。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述光源设置为波长为632.5nm的He-Ne激光器，所述起偏器为格兰棱镜，所述奇点光产生装置包括四分之一波片与Q-plate。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述奇点光产生装置还包括涡旋超表面或者空间光调制器。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述偏振分解器包括四分之一波片与偏振分束器。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述偏振分解器还包括四分之一波片与检偏器。所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其中，所述傅里叶变换单元为焦距为10cm的柱透镜；所述光强采集装置为CCD探测器。一种基于上述任一项所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测方法，其中，所述方法包括：使用奇点光产生装置产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光；所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束；采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息；将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布。本专利技术的有益效果：本专利技术通过产生不同不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光，并给对奇点光进行偏振分离，然后对分离后得到的两个涡旋光进行傅里叶变换，采集光强信息，在对光强信息进行迭代计算，得到奇点光的相位与偏振分布，相对与传统的检测方法，本专利技术不仅能更准确的得到奇点光的相位与偏振分布情况，而且系统更为简单，耗时短，操作便捷。附图说明图1是本专利技术的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统的原理框图。图2是本专利技术基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统中GS迭代算法计算原理图。图3是本专利技术基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统的第一较佳实施例的实验装置示意图。图4是本专利技术基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统的第二较佳实施例的实验装置示意图。图5是本专利技术基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统的第三较佳实施例的实验装置示意图。图6是本专利技术基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对现有技术中对于奇点光的相位与偏振测量的方法存在误差较大、测量精度低、实验光路复杂以及计算量大等问题，本专利技术提供一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，具体如图1中所示，该系统包括：奇点光产生模块100、偏振分离模块200、光强采集模块300以及数据处理模块400。具体地，在本实施例中，奇点光产生模块100，用于产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光；偏振分离模块200，用于将所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束；光强采集模块300，用于采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息；数据处理模块400，用于将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布。本实施例中主要是通过产生不同不同拓扑荷数以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其特征在于，所述系统包括：奇点光产生模块，用于产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光；偏振分离模块，用于将所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束；光强采集模块，用于采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息；数据处理模块，用于将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布。

【技术特征摘要】
1.一种基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其特征在于，所述系统包括：奇点光产生模块，用于产生不同拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光；偏振分离模块，用于将所述奇点光中的左旋圆偏振分量与右旋圆偏振分量进行分离，得到两个拓扑荷数不同的涡旋光束；光强采集模块，用于采集分离后的涡旋光束经过柱透镜进行傅里叶变换后焦点位置的光强信息；数据处理模块，用于将两个涡旋光束的相位分别进行还原，并将两个不同偏振分量的涡旋光束进行叠加，得到所述奇点光的相位与偏振分布。2.根据权利要求1所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其特征在于，所述奇点光产生模块包括：用于产生高斯光束的光源；与所述光源连接，用于改变入射光偏振方向的起偏器；与所述起偏器连接，用于改变入射光相位与偏振结构，并产生不用拓扑荷数以及不同偏振阶数的奇点光的奇点光产生装置。3.根据权利要求2所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其特征在于，所述偏振分离模块包括：与所述奇点光产生装置连接，用于实现对偏振分离的偏振分解器。4.根据权利要求3所述的基于GS迭代算法的奇点光的相位与偏振检测系统，其特征在于，所述光强采集模块包括：与所述偏振分解器连接，用于实现傅里叶变换的傅里叶变换单元；与所述傅里叶变换单元连接，用于采集分离后的涡旋光束的光强图案的光强拍摄装置。5.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书青，谢智强，杨博，王佩佩，陈学钰，苏明样，贺炎亮，李瑛，范滇元，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44