[发明专利]基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种涡旋光束拓扑荷值的测量方法，具体的说涉及一种基于六角星孔夫琅禾费衍射图案的模板比对法来实现涡旋光束拓扑荷值的测量方法。

背景技术

自从Nye和Berry发表了关于相位奇点的文章后，光学涡旋吸引了很多人的注意。光学涡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。一个光学涡旋拥有独特的螺旋相位exp(jmθ)，且每个光子携带的轨道角动量，其中m是涡旋光束的拓扑荷值。在研究涡旋光束特性及应用时，对生成的涡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，涡旋光束拓扑荷值的测量主要分为干涉测量和衍射测量。比较典型的干涉测量方法是基于马赫-增德尔干涉光路的干涉条纹数测量，这种方法可以测量大拓扑荷值的涡旋光束【Optics Communications 334，235(2015)】；而比较突出的衍射测量方法是利用三角孔衍射图亮点来判断涡旋光束拓扑荷值的大小【PRL 105,053904(2010)】。但这两种方法都是通过数干涉/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，发展一种涡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。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种涡旋光束拓扑荷值快速、简易测量方法，本发明提出了一种基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法。

本发明的技术解决方案如下：一种基于六角星孔衍射的涡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、检偏器后照射在光阑上；

经过光阑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涡旋光束；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涡旋光束的光束质量；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；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、有共同中心的正三角形孔叠加而成，其重叠区域不透光；如附图2所示；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：

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：