[实用新型]基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量分数阶涡旋光束拓扑荷值的装置，具体的说是涉及一种利用光强分析测量分数阶涡旋光束拓扑荷值测量装置。

背景技术

由于涡旋光束在玻色-爱因斯坦凝聚、量子信息编码、粒子囚禁、光镊及光扳手等领域具有重要的应用前景，成为近年来信息光学领域一个非常重要的研究热点。由于涡旋光束的拓扑荷值(即光子轨道角动量)是携带了光束的信息和能量，因此，精确测量拓扑荷值是涡旋光束研究时首先要解决的问题。

从目前研究看，涡旋光束拓扑荷值的测量主要分为干涉测量和衍射测量。其中，P. Vaity利用倾斜双凸透镜的迈克尔逊干涉光路测量了整数阶涡旋[Optics Letters,37(2012)1301-1303]，通过数干涉亮条纹数可测量拓扑荷值为14以内的涡旋光束；而典型的衍射测量方法有三角孔衍射法，该方法可测量7以内的拓扑荷值。但这两种方法都是通过数干涉/衍射条纹数测量来实现，仅能达到半整数阶（0.5阶）精度[A. Mourka et al., Optics Express 19 (2011) 5760]的拓扑荷值测量。

因此，如何实现任意阶（0.1阶）精度的拓扑荷值的测量是该技术领域面临的一个亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题：提供一种能实现任意阶（0.1阶）精度的基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量装置。

本实用新型所采用的技术方案为：基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量装置，由准直扩束器、分束镜Ⅰ、分束镜Ⅱ、道威棱镜、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、成像透镜、CCD相机Ⅱ和计算机Ⅱ组成，待测涡旋光束经准直扩束器扩束后照射在分束镜Ⅰ上，分为透射光束和反射光束；透射光束照射在一道威棱镜上，经过道威棱镜后，照射在反射镜Ⅰ上，反射后照射在分束镜Ⅱ上； 反射光束照射在反射镜Ⅱ上，反射后照射在分束镜Ⅱ上；透射光束和反射光束经分束镜Ⅱ合束后，经成像透镜后在CCD相机中干涉成像，CCD相机记录的干涉条纹图传输进计算机进行处理。

与以往技术相比，本实用新型方法能实现涡旋光束任意阶(0.1阶)精度拓扑荷值的测量，具有实质性特点和显著进步，可广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚、量子通信、信息编码与传输、粒子囚禁、光镊、光扳手等领域的拓扑荷值测量。

附图说明

图1为测量装置的结构示意图。

图2为利用图1测量装置测得的拓扑荷值分别为m=2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0的10束待测涡旋光束的干涉条纹图。其中，白色虚线为干涉条纹图的对称轴，白色实线为对称轴上的归一化光强值曲线。

附图标记：100、待测涡旋光束，110、准直扩束器，121、分束镜Ⅰ，122、分束镜Ⅱ，130、道威棱镜，141、反射镜Ⅰ，142、反射镜Ⅱ，150、成像透镜，200、CCD相机，300、计算机。

具体实施方式

   下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

附图1为测量装置的结构示意图，该装置采用了改进的马赫-曾德尔干涉光路，待测涡旋光束100经准直扩束器110扩束后照射在分束镜Ⅰ121上，分为透射光束和反射光束；透射光束照射在一道威棱镜130上，经过道威棱镜130后，照射在反射镜Ⅰ 141上，反射后照射在分束镜Ⅱ 122上；反射光束照射在反射镜Ⅱ 142上，反射后照射也在分束镜Ⅱ 122上；透射光束和反射光束经分束镜Ⅱ 122合束后，经成像透镜150后在CCD相机200中干涉成像；CCD相机200记录的干涉条纹图传输进计算机300进行处理。

所述的透射光束经道威棱镜130后，变成待测涡旋光束的共轭光束；

所述的反射光束与待测涡旋光束的特性相同（即拓扑荷值不变）。

在该实施例中，我们分别对m=2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0的10束待测涡旋光束的拓扑荷值进行了测量，测量结果见附图2。下面结合附图2，对本实施例的测量过程进一步说明。

所述的基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法，其具体步骤如下：

步骤一、利用图1中的分束镜Ⅰ 121将拓扑荷值为m的待测涡旋光束分为两束光，利用道威棱镜130将其中的透射光束倒置，变为待测光束的共轭光束（其拓扑荷值变为-m）；