[发明专利]基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统

权利要求书

1.一种基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于包括：

激光器，用于发射激光光束；

扩束模块，位于所述激光器的激光输出口后，用于对激光器发射的激光进行扩束；

空间光调制器，位于所述扩束模块的光束输出口后，用于将扩束模块扩束后的激光经相位调制后反射出共轭轨道角动量模式叠加态注入待测量旋转系统；

光束分析仪，位于待测量旋转系统光束输出口后，用于收集待测量旋转系统旋转微小角度前和后出射的光斑，并根据收集的光斑提取待测量旋转系统旋转的微小角度。

2.根据权利要求1所述的基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于：所述扩束模块由位于光路上的两个透镜组成，位于光路后面的透镜是位于前面透镜的焦距的n倍，n为4到7之间的正整数。

3.根据权利要求1所述的基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于：所述空间光调制器调制的共轭轨道角动量模式叠加态由拓扑荷数为+l和-l的两个轨道角动量模式叠加而成，具体为：

式中，为共轭轨道角动量模式叠加态，r为半径，为方位角，光斑能量最强的方向为0°方位角，为拓扑荷数为+l的轨道角动量模式的光场，为拓扑荷数为-l的轨道角动量模式的光场，l为任意整数，R_|l|(r)为光场的径向分布。

4.根据权利要求1所述的基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于：所述光束分析仪提取待测量旋转系统旋转的微小角度的方法具体包括：

A、以待测量旋转系统旋转前出射的光斑中心为坐标系原点，以光斑能量最强的方向为初始方向，将光斑平均分为4l个扇形区域；

B、获取待测量旋转系统旋转后的出射光斑的光强分布

C、保持分割区域不变，根据光斑的光强分布计算待测量旋转系统旋转后出射光斑的第n个扇形区域的光强：

D、将相邻扇形区域的强度相减后累加，得到累加光强：

E、根据下列公式计算待测量旋转系统旋转的微小角度

式中，

5.根据权利要求1所述的基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于：所述待测量旋转系统具体为道威棱镜。

6.根据权利要求5所述的基于轨道角动量光束的微小旋转角度测量系统，其特征在于：所述道威棱镜的纵轴、旋转架的中心轴以及光束的传播轨迹保持重合。