[发明专利]基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法

摘要

基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法，利用光束分束装置将拓扑荷值为m的待测涡旋光束分为两束光，将其中一束光倒置，变为待测光束的共轭光束；待测涡旋光束与其共轭涡旋光束相互干涉，形成的干涉图案在CCD相机中成像；然后，储存进计算机；利用计算机对干涉条纹图进行处理，将待测涡旋光束与其共轭光束相干涉，并记录干涉条纹图，后根据干涉条纹图亮条纹分布以及各个亮斑的强度比较计算得到拓扑荷值，本发明方法能实现涡旋光束任意阶(0.1阶)精度拓扑荷值的测量，具有实质性特点和显著进步，可广泛应用于玻色‑爱因斯坦凝聚、量子通信、信息编码与传输、粒子囚禁、光镊、光扳手等领域的拓扑荷值测量。

主权项

基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法，该方法利用由准直扩束器（110）、分束镜Ⅰ（121）、分束镜Ⅱ（122）、道威棱镜（130）、反射镜Ⅰ（141）、反射镜Ⅱ（142）、成像透镜（150）、CCD相机（200）和计算机（300）构成的装置进行检测，待测涡旋光束（100）经准直扩束器（110）扩束后照射在分束镜Ⅰ（121）上，分为透射光束和反射光束；透射光束照射在一道威棱镜（130）上，经过道威棱镜（130）后，照射在反射镜Ⅰ（141）上，反射后照射在分束镜Ⅱ（122）上； 反射光束照射在反射镜Ⅱ（142）上，反射后照射在分束镜Ⅱ（122）上；透射光束和反射光束经分束镜Ⅱ（122）合束后，经成像透镜（150）后在CCD相机（200）中干涉成像，CCD相机（200）记录的干涉条纹图传输进计算机（300）进行处理；其特征在于：测量步骤如下：步骤一、利用光束分束装置将拓扑荷值为m的待测涡旋光束分为两束光，将其中一束光倒置，变为待测光束的共轭光束；步骤二、待测涡旋光束与其共轭涡旋光束相互干涉，形成的干涉图案在CCD相机中成像；然后，储存进计算机；步骤三、利用计算机对干涉条纹图进行处理，若干涉条纹图亮条纹分布具有圆对称性，则利用公式，求得涡旋光束的拓扑荷值，其中，m为拓扑荷值，n0为亮斑个数；步骤四、若干涉条纹亮斑分布不具有圆对称性但具有轴对称性且各个亮斑的强度相同，则通过公式，求得涡旋光束的拓扑荷值，其中，n1为亮斑个数，的值通过干涉图样对称轴上两个光强极大值的比值来确定；步骤五、在步骤四条件下，若，则，此时待测光束的拓扑荷值为m=n1/2+0.1；步骤六、在步骤四条件下，若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤七、在步骤四条件下，若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤八、在步骤四条件下，若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤九、若干涉条纹亮斑分布不具有圆对称性但具有轴对称性且各亮斑的强度不同时，则通过公式，求得涡旋光束的拓扑荷值，其中，n2为强度相同的亮斑个数，的值通过干涉图样对称轴上两个光强极大值的比值来确定；步骤十、在步骤九条件下，若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤十一、若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤十二、若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤十三、若，则，此时待测光束的拓扑荷值为；步骤十四、最终，利用干涉条纹图的光强分析可实现任意阶精度涡旋光束拓扑荷值的测量。