[发明专利]一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统

说明书

本发明公开了一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统。本发明提供的角速度测量系统基于多普勒频移原理和涡旋光束的玻印亭矢量的方向特性，采用测量涡旋光束沿旋转轴垂直入射，其入射光与反射光共路，探测系统的发射端与接收端共点，可快速准确的得到角速度测量结果。使用时只需将本发明提供的系统发出的测量涡旋光束，沿着旋转体的旋转轴方向垂直照射旋转面，即可直接读出角速度测量结果。本发明的系统结构简单，易于操作，相比现有技术具有较大进步。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统。

背景技术

涡旋光束是一种新型的光束，它具有螺旋形波前结构，同时其每一个光子均携带有轨道角动量。涡旋光束的光束中心具有相位奇点，使得其横截面光强呈一环状中空分布。常见的涡旋光束有拉盖尔—高斯光束、贝塞尔光束等。

由于涡旋光束具有螺旋相位，其波印廷矢量方向不是与光轴平行的，而是呈一定的角度，因此其可以用来探测旋转体的转动情况。同时，涡旋光束在光通信系统、量子通信、矢量光束生成等其他研究方向也具有十分重要的应用价值，因此受到国内外学者的持续关注。

现在旋转体转速测量一般基于多普勒频移原理，采用将一束激光与旋转体平面的法线方向呈一微小的夹角照射旋转体的旋转面，由于多普勒效应，反射光的频率相比于入射光会有一定的变化。通过测得反射激光的频率变化，可反推出照射点的线速度，进而计算出待测旋转体的角速度。

然而，在该方法中，若采用将激光垂直入射，因其没有平行于线速度方向的分量，无法实现旋转体转速的测量，故入射光束必须以一定的角度射入。然而，这会直接导致反射光与入射光不同路，进而导致探测系统的发射端与接收端不共点。这在一定程度上会限制其实际的应用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统。其目的在于，解决旋转体探测系统中，激光垂直入射时无法测量旋转体转速的问 题。

本发明提供的基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统，采用涡旋光束垂直照射旋转体的旋转平面，通过观察反射光的频率变化，结合入射涡旋光束的轨道角动量，根据多普勒频移的相关理论，反推出旋转体的角速度。使用时只需沿旋转体的旋转轴垂直照射，显示端即可直接得出旋转体的转速信息，简单方便。

本发明的一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统，其具备：

光源模块，用于提供涡旋光束；

发射接收模块，用于涡旋光束的发射与接收；

信息处理模块，用于将接收到的光信号转化为电信号，同时计算频移量，通过频移量计算出待测旋转体的转速；

显示模块，用于输出转速测量结果。

本发明具有以下有益效果：

1)测量涡旋光束沿旋转轴垂直入射，入射光与反射光共路，探测系统的发射端与接收端共点。

2)测量方法简单，可直接快速读出测量结果。

附图说明

图1(a)为高斯光束测量旋转体转速示意图。

图1(b)为涡旋光束测量旋转体转速示意图。

图2为本发明的实施方式构成图。

图3为本发明的角速度测量系统中，光源模块的内部构成图，其中，301-单频激光器，302-分光棱镜，303-光隔离器，304-螺旋相位片。

图4为本发明的角速度测量系统中，发射接收模块的内部构成图，其中，401-分光棱镜，402-保护玻璃，403-准直器。