[发明专利]零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法、装置及系统

说明书

本发明实施例提供一种零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法、装置及系统。其中，方法包括：根据零阶涡旋光束的光强图，获取光强矩阵；根据光强矩阵获取束腰半径和光强最大处的半径；根据束腰半径和光强最大处的半径，获取拓扑荷的测量结果。本发明实施例提供的零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法、装置及系统，通过对零阶涡旋光束的光强图进行数值处理，测量出零阶涡旋光束的拓扑荷，能获得精度更高的测量结果，能降低测量的成本，测量更加灵活、方便。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法、装置及系统。

背景技术

零阶涡旋光束是近年来研究的热点领域之一，它具有普通光束所没有的独特性质，其中尤为重要的一点就是每个光子具有确定的轨道角动量l称为拓扑荷。这一轨道角动量特性使得零阶涡旋光束在许多领域存在重要的潜在应用价值，在量子信息编码、空间信息传输与通信、遥感成像、光学微操纵、生物医学等领域得到了广泛且重要的应用

零阶涡旋光束拓扑荷的测量是实现零阶涡旋光束应用的前提。因此，准确测量零阶涡旋光束的轨道角动量数(或拓扑荷)对推动零阶涡旋光束领域的发展和应用至关重要。

目前，零阶涡旋光束拓扑荷的测量主要分为干涉测量和衍射测量。但这两种方法都是通过数干涉/衍射条纹数测量来实现。基于干涉/衍射原理的拓扑荷测量方法需要大量光学元件和精准的实验设置。对测试者的光路调节水平要求很高，光学元件的任何细微偏差，例如擦痕、凹痕、灰尘，元件形状非对称或摆放位置出现偏移都会影响零阶涡旋光束的特征干涉/衍射图样，因而极易引起误判，导致对拓扑荷的测量错误，从而降低拓扑荷测量的精度。

发明内容

本发明实施例提供一种零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法、装置及系统，用以解决或者至少部分地解决现有技术测量精度低的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种零阶涡旋光束拓扑荷的测量方法，包括：

根据零阶涡旋光束的光强图，获取光强矩阵；

根据所述光强矩阵获取束腰半径和光强最大处的半径；

根据所述束腰半径和光强最大处的半径，获取拓扑荷的测量结果。

优选地，所述根据所述束腰半径和光强最大处的半径，获取拓扑荷的测量结果的具体步骤包括：

获取所述光强最大处的半径与所述束腰半径的比值；

将大于或等于所述比值的平方的2倍的最小整数，作为所述拓扑荷的测量结果。

优选地，所述根据零阶涡旋光束的光强图，获取光强矩阵的具体步骤包括：

确定所述光强图中所述零阶涡旋光束的中心，并选取所述光强图中以所述零阶涡旋光束的中心为中心的方形区域；

根据所述方形区域中各点的光强，获取所述光强矩阵；

其中，所述方形区域的直径大于或等于所述光强图中光环的外径。

优选地，所述光强矩阵为(2N-1)行(2N-1)列的方阵；

其中，N为正整数。

优选地，所述根据所述光强矩阵获取束腰半径和光强最大处的半径的具体步骤包括：

确定所述光强矩阵的第N行中的最大值；

获取所述最大值所在的两列的列数之差的一半，作为所述光强最大处的半径；

确定所述最大值的1/e倍的值所在的四列，获取所述四列中列数与N最接近的两列的列数之差的一半，作为所述束腰半径；

或者，所述根据所述光强矩阵获取束腰半径和光强最大处的半径的具体步骤包括：