[发明专利]基于量子弱测量的OAM光束重心位移测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，包括：

发光装置，用于发出光束；

轨道角动量光束产生器，用于接收所述光束，并将其转变为轨道角动量光束；

偏振态制备器，用于接收所述轨道角动量光束并将其转变为线偏振光；所述偏振态制备器包括第一偏振器；

位移发生装置，用于接收所述线偏振光并对所述线偏振光进行反射，反射的偏振光带有第一偏振态；

偏振态选择器，设有第二偏振态；所述偏振态选择器包括第二偏振器；所述偏振态选择器用于接收所述位移发生装置反射的偏振光，所述第二偏振态与所述第一偏振态形成量子弱测量光路，所述第二偏振态与第一偏振态的夹角为90°±△，△≤5°；

光电探测器，用于接收和/或记录偏振态选择器作用后的偏振光。

2.根据权利要求1所述的基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，所述偏振态制备器还包括一个以上透镜组成的透镜组、光束能量调节器、光阑，所述光束能量调节器为二分之一玻片；所述第一偏振器为格兰激光偏振棱镜或偏振分光镜。

3.根据权利要求1所述的基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，所述偏振态选择器还包括相位补偿器，所述相位补偿器为四分之一波片；所述第二偏振器为格兰激光偏振镜或偏振分光镜。

4.根据权利要求1所述的基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，所述发光装置包括光源发生器、设置于光源发生器出射光路上的扩束器以及改变光束方向的光束变向装置；所述光源发生器为激光器或超辐射发光二极管或白光发生器或量子光源发生器；所述光束变向装置为反射镜或棱镜，用于改变光束方向。

5.根据权利要求1所述的基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，所述光电探测器为电荷耦合元件或位置传感器或光电倍增管。

6.根据权利要求1所述的基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量装置，其特征在于，所述位移发生装置为棱镜，所述棱镜具备折射率n，且折射率n大于空气折射率n₀。

7.一种基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量方法，其特征在于，上述方法采用权利要求1-6任一项所述的装置实现，上述方法包括：

S1、发光装置发出光束至轨道角动量光束产生器，所述轨道角动量光束产生器接受光束并将光束转变为轨道角动量光束，然后轨道角动量光束发射至偏振态制备器；所述轨道角动量光束经过偏振态制备器转变为线偏振光到达位移发生装置；

S2、位移发生装置接收线偏振光并通过位移发生装置-空气界面反射至偏振态选择器，反射的线偏振光经偏振态选择器后到达光电探测器；

S3、调节上述步骤中轨道角动量光束重心位移测量装置产生的光路，使位移发生装置反射的光束偏振态与偏振态选择器设定的偏振态之间构成量子弱测量光路部分，两个偏振态之间的夹角为90°±△，△不大于5°，此时第一偏振器处于角度第二偏振器角度为

S4、光电探测器返回光斑图，对光斑图进行分析、计算，获得第一偏振器角度为第二偏振器角度为时的轨道角动量光束重心位移值。

8.根据权利要求7所述的一种基于量子弱测量的轨道角动量光束重心位移测量方法，其特征在于，在S4步骤的基础上，固定位移发生装置入射角度θ为0～90°中某一值，然后固定第二偏振器角度为并对第一偏振器进行调节使其角度为通过多次调节第一偏振器角度获得多个并通过光电探测器记录并存储每一个所对应的光斑图，获得一系列光斑图；对一系列光斑图进行处理，以所对应的光斑图的光斑重心为零点，对应的光斑图的光斑重心在x方向的偏移值记为X，在y方向的偏移值记为Y，进一步验证轨道角动量光束重心位移的测量过程。