一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置制造方法
【專利摘要】一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置，包括一連續(xù)波激光器，在該連續(xù)波激光器的光束前進方向依次設(shè)有準直擴束器、高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器、起偏器、分束鏡；經(jīng)分束鏡后，激光束被分為透射光和反射光，透射光與反射光成90°夾角，透射光作為參考光束照射在空間光調(diào)制器上；反射光束照射在反射鏡上，所述反射鏡安裝在壓電陶瓷微位移臺上；反射后的透射光束和反射光束再次經(jīng)過分束鏡合束后，經(jīng)會聚透鏡會聚后照射在光闌上，通過檢偏器后進入CCD相機成像；本裝置能實現(xiàn)分數(shù)階渦旋光束任意階(0.1階)精度的拓撲荷值的測量，可廣泛應(yīng)用于玻色-愛因斯坦凝聚、量子通信、信息編碼與傳輸、粒子囚禁、光鑷、光扳手等領(lǐng)域的拓撲荷值測量。
【專利說明】一種測量分數(shù)階光學(xué)潤旋拓撲荷值的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置，具體的說是涉及一種利用相位測量分數(shù)階渦旋拓撲荷值的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于渦旋光束在玻色-愛因斯坦凝聚、量子信息編碼、粒子囚禁、光鑷及光扳手等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，成為近年來信息光學(xué)領(lǐng)域一個非常重要的研究熱點。2004年，M.V.Berry首次系統(tǒng)、全面的闡述了分數(shù)階光學(xué)潤旋的理論基礎(chǔ)(M.V.Berry, JOpta-Pure Appl Op 6 (2004) 259)。分數(shù)階渦旋光束可攜帶更多信息量、且能提供更精細化的微粒操作，成為渦旋光學(xué)領(lǐng)域眾多研究者競相研究的熱點課題。
[0003]生成分數(shù)階光學(xué)渦旋的最簡潔方法是利用計算全息圖顯示在空間光調(diào)制器上。由于分數(shù)階渦旋光束的空間穩(wěn)定性很差，因此，在研究分數(shù)階渦旋光束特性及應(yīng)用時，對生成的分數(shù)階渦旋光束的拓撲荷值(即光子軌道角動量)進行精確測量是首先需要解決的問題。
[0004]從目前研究看，渦旋光束拓撲荷值的測量主要分為干涉測量和衍射測量。但這兩種方法都是通過數(shù)干涉/衍射條紋數(shù)測量來實現(xiàn)，僅能達到半整數(shù)階(0.5階)精度(A.Mourka et al., Optics Express 19 (2011) 5760)的拓撲荷值測量。
[0005]因此，如何實現(xiàn)任意階(0.1階)精度的拓撲荷值的測量是該【技術(shù)領(lǐng)域】面臨的一個亟待解決的技術(shù)難題。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題:提供一種能實現(xiàn)任意階(0.1階)精度的分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值測量的裝置。
[0007]本實用新型所采用的技術(shù)方案為:一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置，包括一連續(xù)波激光器，在該連續(xù)波激光器的光束前進方向依次設(shè)有準直擴束器、高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器、起偏器、分束鏡；經(jīng)分束鏡后，激光束被分為透射光和反射光，透射光與反射光成90°夾角，透射光作為參考光束照射在空間光調(diào)制器上；反射光束照射在反射鏡上，所述反射鏡安裝在壓電陶瓷微位移臺上；反射后的透射光束和反射光束再次經(jīng)過分束鏡合束后，經(jīng)會聚透鏡會聚后照射在光闌上，通過檢偏器后進入CXD相機成像；
[0008]所述的空間光調(diào)制器與計算機連接，計算機將計算全息圖輸入到空間光調(diào)制器上；
[0009]所述的壓電陶瓷微位移臺與微位移控制器相連，所述的微位移控制器分別與計算機和觸發(fā)器相連；
[0010]所述的CXD相機分別與計算機和觸發(fā)器相連。
[0011]與以往技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點:本裝置能實現(xiàn)分數(shù)階渦旋光束任意階(0.1階)精度的拓撲荷值的測量，將渦旋光束拓撲荷值的測量從目前的半整數(shù)階(0.5階)精確到任意階；可廣泛應(yīng)用于玻色-愛因斯坦凝聚、量子通信、信息編碼與傳輸、粒子囚禁、光鑷、光扳手等領(lǐng)域的拓撲荷值測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】:100-連續(xù)波激光器，110-準直擴束器，120-高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器，131-起偏器，140-分束鏡，150-空間光調(diào)制器，210-壓電陶瓷微位移臺，220-反射鏡，230-會聚透鏡，240-光闌，132-檢偏器，300-CCD相機，400-計算機，500-觸發(fā)器，600-微位移控制器。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0015]按照圖1的結(jié)構(gòu)布置測量光路圖；由附圖可見，一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置，包括一連續(xù)波激光器100，在該連續(xù)波激光器100的光束前進方向依次設(shè)有準直擴束器110、高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器120、起偏器131、分束鏡140 ;經(jīng)分束鏡140后，激光束被分為透射光和反射光，透射光與反射光成90°夾角，透射光作為參考光束照射在空間光調(diào)制器150上；反射光束照射在反射鏡220上，反射鏡220安裝在壓電陶瓷微位移臺210上；反射后的透射光束和反射光束再次經(jīng)過分束鏡140合束后，經(jīng)會聚透鏡230會聚后照射在光闌240上，通過檢偏器132后進入CXD相機300成像；
[0016]所述的空間光調(diào)制器150與計算機400連接，計算機400將計算全息圖輸入到空間光調(diào)制器150上；
[0017]所述的壓電陶瓷微位移臺210與微位移控制器600相連，所述的微位移控制器600與計算機400和觸發(fā)器500相連；
[0018]所述的CXD相機300與計算機400和觸發(fā)器500相連。
[0019]一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置的測量方法，其主要是:
[0020]包括利用計算機全息技術(shù)將生成計算全息圖寫入空間光調(diào)制器150的步驟；
[0021]采用邁克爾遜干涉光路和四步相移技術(shù)獲得渦旋光束的包裹相位圖的步驟；
[0022]利用相位圖去包裹算法解析出渦旋光束的真實相位Θ的分布，再由拓撲荷的定
義計算得到任意分數(shù)階精度的拓撲荷值m。
[0023]一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置的測量方法，其具體步驟如下:
[0024]步驟一、選擇合適的連續(xù)波激光器100、準直擴束器110、高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器120、起偏器131、分束鏡140、空間光調(diào)制器150、反射鏡220、壓電陶瓷微位移臺210、會聚透鏡230、光闌240、檢偏器132、CCD相機300、微位移控制器600、觸發(fā)器500和計算機400，布置好測量光路，利用計算機全息術(shù)將待測渦旋光束與平行光生成計算機全息圖，由計算機400寫入空間光調(diào)制器150 ;通過計算機400設(shè)定好微位移控制器600和觸發(fā)器500的參數(shù)；
[0025]步驟二、打開連續(xù)波激光器100，連續(xù)波激光器100發(fā)出的激光束，經(jīng)過擴束準直鏡110后，再由高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器120將高斯光束轉(zhuǎn)換為平頂光束，這保證了渦旋光束全息再現(xiàn)的準確性；
[0026]步驟三、將步驟二得到的平頂光束經(jīng)起偏器131、分束鏡140后分為反射光束和透射光束；透射光束作為參考光束照射在空間光調(diào)制器150上，解調(diào)出待測渦旋光束，照射在分束器140上；
[0027]步驟四、步驟三得到的反射光束照射在反射鏡220上，反射后也照射在分束器140上；渦旋光束與反射光束經(jīng)分束器140合束后照射在會聚透鏡230上，然后，利用光闌240選擇渦旋光束的I級衍射，經(jīng)過檢偏器132后進入CCD相機300，反射光束與渦旋光束在CCD相機300中形成的干涉圖像I1存儲進計算機400 ；
[0028]步驟五、根據(jù)計算機400設(shè)定的參數(shù)，微位移控制器600控制壓電陶瓷微位移臺210帶動反射鏡220沿垂直光路方向移動四分之一波長的距離；然后，觸發(fā)器500觸發(fā)CXD相機300拍攝第二幅干涉圖12存儲進計算機400 ；
[0029]步驟六、然后，微位移控制器600控制壓電陶瓷微位移臺210帶動反射鏡220再次沿垂直光路方向移動四 分之一波長的距離；觸發(fā)器500觸發(fā)CXD相機300拍攝第三幅干涉圖h存儲進計算機400 ；
[0030]步驟七、然后，微位移控制器600控制壓電陶瓷微位移臺210帶動反射鏡220再次沿垂直光路方向移動四分之一波長的距離；觸發(fā)器500觸發(fā)CCD相機300拍攝第四幅干涉圖h存儲進計算機400 ；
[0031]步驟八、利用四步相移公式計算出待測渦旋光束的包裹相位分布，s = actm!±zli ;對獲得的包裹相位分布圖進行去包裹處理，解算出渦旋光束的真實相位

一 -? I
分布δο ;根據(jù)渦旋光束拓撲荷值的定義ηι=0/2π計算出待測光束的拓撲荷值m，其
中β為繞拓撲荷一周的相位改變，逆時針方向為正渦旋，順時針方向改變?yōu)樨摐u旋；
[0032]步驟九、重復(fù)上述過程，多次測量取平均值，消除系統(tǒng)誤差和隨機誤差，最終獲得分數(shù)階渦旋光束的拓撲荷值。
[0033]經(jīng)實驗表明:本裝置及方法能實現(xiàn)任意階(0.1階)渦旋光束拓撲荷值的測量，與現(xiàn)有測量方法相比，測試精度提高了一個數(shù)量級；并且具有光路簡潔、快速、準確的特點。
【權(quán)利要求】
1.一種測量分數(shù)階光學(xué)渦旋拓撲荷值的裝置，其特征在于:包括一連續(xù)波激光器(100)，在該連續(xù)波激光器(100 )的光束前進方向依次設(shè)有準直擴束器(110)、高斯-平頂光束轉(zhuǎn)換器(120)、起偏器(131 )、分束鏡(140);經(jīng)分束鏡(140)后，激光束被分為透射光和反射光，透射光與反射光成90°夾角，透射光作為參考光束照射在空間光調(diào)制器(150)上；反射光束照射在反射鏡(220)上，所述反射鏡(220)安裝在壓電陶瓷微位移臺(210)上；反射后的透射光束和反射光束再次經(jīng)過分束鏡(140)合束后，經(jīng)會聚透鏡(230)會聚后照射在光闌(240 )上，通過檢偏器(132 )后進入CXD相機(300 )成像； 所述的空間光調(diào)制器(150)與計算機(400)連接，計算機(400)將計算全息圖輸入到空間光調(diào)制器(150)上； 所述的壓電陶瓷微位移臺(210)與微位移控制器(600)相連，所述的微位移控制器(600)分別與計算機(400)和觸發(fā)器(500)相連； 所述的CXD相機(300)分別與計算機(400)和觸發(fā)器(500)相連。
【文檔編號】G01J9/00GK203772426SQ201420189116
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】李新忠, 臺玉萍, 王輝, 張利平, 李海生, 呂芳捷, 李立本 申請人:河南科技大學(xué)