[发明专利]一种涡旋激光的检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种涡旋激光的检测装置及方法，检测装置包括平凹透镜和图像传感器；将平凹透镜的平面部分面向待测涡旋光放置，涡旋光束首先入射到透镜的平面，部分反射出去；部分折射的待测光则入射到透镜的凹面，产生第二次部分反射。通过调节待测光束在平凹透镜的入射角和入射位置，使得两次部分反射的光束在空间上产生重叠；最后将图像传感器放于光斑重叠处，用于测量干涉图案。由于经过凹面部分反射发散的光束可以近似看成倾斜的平面光，因此与经平面反射的涡旋光束产生叉形的干涉图案，通过于分析可以进一步从图案中识别涡旋激光并判定其拓扑荷数。

技术领域

本发明属于光学技术领域，更具体地，涉及一种涡旋激光的检测装置及方法。

背景技术

涡旋光束作为一种具备奇特相位分布结构的光束，已经在涉及超显微成像、光操控、高容量的光通信、量子信息学与非线性光学等各种领域中得到了广泛的应用。该类型光束的相位分布在与传播方向垂直的截面上通常呈现涡旋型，同时在光强分布上则一边显示出具备中心无光腔分布的环形光束。与普通的高斯光束相比，除了相位和光强分布上的特点外，涡旋光束还具备特殊的轨道角动量。目前，该类型光束在光通信方面有着特别的应用。比如，涡旋光的轨道角动量已被作为信息载体，用于有效提高空间或者光纤中的信号通道，实现高容量的激光通信系统。而具备窄线宽特性的涡旋光可以进一步提高激光的相干性，有利于实现高带宽的激光通信。涡旋光束的产生方法包括使用光学转换元件和直接腔内产生两种方式。光学转换元件有螺旋相位板、计算全息板、空间光调制器、柱透镜对等模式转换件，该转换件也可用于产生涡旋光的激光谐振腔内部。而另一种直接产生涡旋激光的方法，则采用环形光泵浦激光腔、在激光腔内部添加孔缺陷元件、利用光热效应和偏轴泵浦方式。

涡旋激光在与传播方向垂直的横截面处的相位分布可以用exp(ilθ)来表示，其中l为拓扑荷数，θ为方位角。利用涡旋激光的奇异相位分布，涡旋光束的探测方法一般可以采用干涉探测方法，比如基于叉形干涉图、涡旋形干涉图和旋转涡旋光干涉图等方法。目前，这些干涉测量方法一般使用较为复杂的光束重合光路，比如利用分光片和反射镜进行光束的重合优化。目前也有新型的监测方法，但是需要使用到工艺要求极高的微纳米级别新型材料表面进行探测。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种涡旋激光的检测装置及方法，旨在解决现有技术中由于需要使用到多个光学元件(如多个反射镜和分光元件)进行光束叠加干涉时所导致操作不便、体积大的问题。

本发明提供了一种涡旋激光的检测装置，包括：平凹透镜和图像传感器；当待测涡旋光入射至所述平凹透镜的平面时，经所述平凹透镜的平面第一次折射后的折射光入射至所述平凹透镜的凹面，经平凹透镜的凹面反射后的反射光再经过所述平凹透镜的平面第二次折射后输出；所述图像传感器设置在待测涡旋光入射至所述平凹透镜的平面时的反射光与第二次折射后输出的折射光相交的位置，用于采集干涉图案。

更进一步地，所述平凹透镜为无镀膜的平凹透镜。

更进一步地，平凹透镜为镀膜的平凹透镜，镀膜后平凹透镜的平面的反射率小于等于60％，且平凹透镜的凹面的反射率为10％～100％。

更进一步地，经平面反射与经凹面反射出来的两束光出现夹角，且在图像传感器处产生叠加；因此，一般要求当入射角度在30-60度时，入射位置应当位于平凹透镜靠近入射光束的一半平面上。

本发明还提供了一种涡旋激光的检测方法，包括下述步骤：

S1：入射的待测涡旋光经所述平凹透镜的平面反射后形成第一光束，经所述平凹透镜的平面第一次折射后的折射光入射至所述平凹透镜的凹面，经所述平凹透镜的凹面反射后的反射光再经过所述平凹透镜的平面第二次折射后输出第二光束；

S2：在所述第一光束与所述第二光束的交叠处采集干涉图案；

S3：根据所述干涉图案获得所述待测涡旋激光的拓扑荷数的正负值。