[發明專利]一種測量分數階光學渦旋拓撲荷值的裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201410159072.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103954367A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 李新忠;臺玉萍;王輝;張利平;李海生;呂芳捷;李立本
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

1.一種測量分數階光學渦旋拓撲荷值的裝置，其特征在于：包括一連續波激光器（100），在該連續波激光器（100）的光束前進方向依次設有準直擴束器（110）、高斯-平頂光束轉換器（120）、起偏器（131）、分束鏡（140）；經分束鏡（140）后，激光束被分為透射光和反射光，透射光與反射光成90°夾角，透射光作為參考光束照射在空間光調制器（150）上；反射光束照射在反射鏡（220）上，所述反射鏡（220）安裝在壓電陶瓷微位移臺（210）上；反射后的透射光束和反射光束再次經過分束鏡（140）合束后，經會聚透鏡（230）會聚后照射在光闌（240）上，通過檢偏器（132）后進入CCD相機（300）成像；

所述的空間光調制器（150）與計算機（400）連接，計算機（400）將計算全息圖輸入到空間光調制器（150）上；

所述的壓電陶瓷微位移臺（210）與微位移控制器（600）相連，所述的微位移控制器（600）分別與計算機（400）和觸發器（500）相連；

所述的CCD相機（300）分別與計算機（400）和觸發器（500）相連。

2.根據權利要求1所述的一種測量分數階光學渦旋拓撲荷值的裝置的測量方法，其特征在于：

包括利用計算機全息技術將生成計算全息圖寫入空間光調制器的步驟；

采用邁克爾遜干涉光路和四步相移技術獲得渦旋光束的包裹相位圖的步驟；

利用相位圖去包裹算法解析出渦旋光束的真實相位θ的分布，再由拓撲荷的定義????????????????????????????????????????????????計算得到任意分數階精度的拓撲荷值m。

3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一、利用計算機全息技術將待測渦旋光束與平行光生成計算機全息圖，由計算機（400）寫入空間光調制器（150）；通過計算機（400）設定好微位移控制器（600）、觸發器（500）的參數；

步驟二、打開連續波激光器電源，連續波激光器（100）發出的激光束，經過準直擴束器（110）后，再由高斯-平頂光束轉換器（120）將高斯光束轉換為平頂光束；

步驟三、將步驟二得到的平頂光束經分束鏡（140）后分為反射光束和透射光束，反射光束和透射光束成90°夾角；透射光束作為參考光束照射在空間光調制器（150）上，解調出待測渦旋光束，照射在分束器上；

步驟四、步驟三得到的反射光束照射在反射鏡（220）上，反射后也照射在分束鏡（140）上；渦旋光束與反射光束經分束鏡（140）合束后照射在會聚透鏡（230）上，然后，利用光闌（240）選擇渦旋光束合適的1級衍射光，經過檢偏器（132）后進入CCD相機（300），反射光束與渦旋光束在CCD相機（300）中形成的干涉圖像I₁存儲進計算機（400）；

步驟五、根據計算機（400）設定的參數，微位移控制器（600）控制壓電陶瓷微位移臺（210）帶動反射鏡（220）沿垂直光路方向移動四分之一波長的距離；然后，觸發器（500）觸發CCD相機（300）拍攝第二幅干涉圖I₂存儲進計算機（400）；

步驟六、然后，微位移控制器（600）控制壓電陶瓷微位移臺（210）帶動反射鏡再次沿垂直光路方向移動四分之一波長的距離；觸發器（500）觸發CCD相機（300）拍攝第三幅干涉圖I₃存儲進計算機；

步驟七、然后，微位移控制器（600）控制壓電陶瓷微位移臺（210）帶動反射鏡再次沿垂直光路方向移動四分之一波長的距離；觸發器（500）觸發CCD相機（300）拍攝第四幅干涉圖I₄存儲進計算機；

步驟八、利用四步相移公式計算出待測渦旋光束的包裹相位分布，?；對獲得的包裹相位分布圖進行去包裹處理，解算出渦旋光束的真實相位分布；根據渦旋光束拓撲荷值的定義計算出待測光束的拓撲荷值m，其中θ為繞拓撲荷一周的相位改變，逆時針方向為正渦旋，順時針方向改變為負渦旋；

步驟九、重復上述過程，多次測量取平均值，最終獲得渦旋光束的拓撲荷值。