[發明專利]一種基于改進型馬赫曾德干涉儀測定渦旋光束拓撲電荷數的方法

有效

• 申請號: 201410141180.5
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103940520B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王林;袁操今;馮少彤;李重光;趙應春;張秀英
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于改進型馬赫曾德干涉儀測定渦旋光束拓撲電荷數的方法，其特征在于：所述方法的具體步驟如下：

A、搭建基于改進型馬赫曾德干涉儀測定渦旋光束拓撲電荷數的裝置：半導體激光器（1）距顯微物鏡空間濾波器（2）為0.15m-0.2m，準直透鏡（3）的前焦面恰好位于顯微物鏡空間濾波器（2）的出瞳位置，分光棱鏡Ⅰ（4）距準直透鏡（3）為0.08m-0.15m，分光棱鏡Ⅰ（4）與分光棱鏡Ⅱ（6）在同一條水平線上，分光棱鏡Ⅰ（4）與分光棱鏡Ⅲ（8）在同一條垂直線上，分光棱鏡Ⅲ（8）與分光棱鏡Ⅳ（9）在同一條水平線上，分光棱鏡Ⅱ（6）與分光棱鏡Ⅳ（9）在同一條垂直線上，分光棱鏡Ⅰ（4）、分光棱鏡Ⅱ（6）、分光棱鏡Ⅲ（8）和分光棱鏡Ⅳ（9）在光學平臺上構成一個矩形光路，平面反射鏡（5）在分光棱鏡Ⅱ（6）垂直向上方向的距離為0.03m-0.05m，空間光調制器（7）在分光棱鏡Ⅲ（8）水平向左方向的距離為0.03m-0.05m，光電耦合器件（10）在分光棱鏡Ⅳ（9）水平向右方向的距離為0.1m-0.15m，平面反射鏡（5）在分光棱鏡Ⅱ（6）垂直向上方向的距離與空間光調制器（7）在分光棱鏡Ⅲ（8）水平向左方向的距離相等；

B、打開半導體激光器（1）、空間光調制器（7）和光電耦合器件（10）的電源；

C、半導體激光器（1）發出的激光通過顯微物鏡空間濾波器（2）擴束濾波后由高斯光束變為球面波，球面波激光由準直透鏡（3）發散成平面波；所述平面波由分光棱鏡Ⅰ（4）分為透射和反射兩路光束：

C1、由分光棱鏡Ⅰ（4）分出的透射光路沿直線傳播到達分光棱鏡Ⅱ（6）的反射面上，光束反射到平面反射鏡（5）上后再反射回分光棱鏡Ⅱ（6）并透射過分光棱鏡Ⅱ（6）傳播到分光棱鏡Ⅳ（9）的反射面，光束反射到光電耦合器件（10）表面，這一路光束為參考光；

C2、由分光棱鏡Ⅰ（4）分出的反射光路沿直線傳播到達分光棱鏡Ⅲ（8）的反射面上，光束反射到空間光調制器（7）上，利用電腦驅動，在空間光調制器（7）上加載一幅叉形光柵，以調制出渦旋光束，調制出的渦旋光束沿直線傳播透射過分光棱鏡Ⅲ（8）和分光棱鏡Ⅳ（9）后到達光電耦合器件（10）表面，這一路光束為物光；

D、在光電耦合器件（10）表面，物光和參考光產生干涉條紋，調節分光棱鏡Ⅳ（9）對參考光的反射角度，使物參夾角合適恰當，光電耦合器件（10）表面上出現的干涉條紋均勻穩定，并使用電腦驅動光電耦合器件（10）將干涉條紋記錄到磁盤驅動器；

E、將光電耦合器件（10）記錄的全息圖讀入MATLAB中，對其做傅里葉變換，取出頻譜中的正一級，再對提取出來的信息做逆傅里葉變換得到正一級全息圖，使用菲涅爾衍射計算再現，提取相位，通過判定渦旋光束的相位分布來測定其拓撲電荷數l；步驟E可具體分述為如下：

E1、頻譜分離：對全息圖進行傅里葉變換，然后提取出正一級的頻譜，再對其做逆傅里葉變換得到正一級全息圖；

E2、數字再現算法：用菲涅爾衍射算法對正一級全息圖進行再現得到物體的復振幅信息；

E3、再現像相位的提取：在MATLAB中使用angle命令對復振幅信息進行相位提取，并對提取的相位進行消參考光；

E4、得到拓撲電荷數l：根據渦旋光束對于相位的定義，判定相位的分布范圍信息，得到渦旋光束的拓撲電荷數l；

F、改變空間光調制器（7）中所加載的叉形光柵的拓撲電荷數l的取值，重復步驟D-E，測定出渦旋光束的拓撲電荷數l。