[發(fā)明專利]一種測量部分相干渦旋光束的復相干度的方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107576404B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 趙承良;盧興園;曾軍;朱新蕾;劉磊鑫;蔡陽健
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李陽

本發(fā)明公開了一種測量部分相干渦旋光束復相干度的方法及系統(tǒng)，該方法包括：記錄待部分相干渦旋光束的光強；對待測部分相干渦旋光束引入三次不同相位賦值的擾動；對擾動后的待測部分相干渦旋光束進行傅里葉變換，并記錄三次不同相位賦值下傅里葉平面的光強；根據(jù)三次不同相位賦值和三次不同相位賦值下傅里葉平面的光強，通過反傅里葉變換得到待測部分相干渦旋光束的交叉譜密度函數(shù)；利用交叉譜密度函數(shù)和待測部分相干渦旋光束的光強得到待測部分相干渦旋光束的復相干度。從復相干度的相位分布圖中可以直接觀測相干奇點，從而得到待測部分相干渦旋光束的拓撲荷數(shù)大小和正負信息，對激光加工、光鑷以及原子冷卻等領域具有重要意義。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及光學測量領域，特別涉及一種測量部分相干渦旋光束的復相干度的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

奇點光學作為現(xiàn)代光學的重要分支，吸引了國內(nèi)外大量研究者的關(guān)注。所謂奇點，即光場中某些參數(shù)無法定義的點，例如Nye和Berry提出并定義的相位奇點，最典型的相位奇點是渦旋光束，完全相干條件下，渦旋光束中心光強為零，而相位呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)漸變，其交叉中點相位不確定，即為相位奇點。

渦旋光束在激光微粒俘獲、顯微操控、信息編碼以及光學信息傳輸方面有著巨大的應用前景，1992年，Allen等人提出相位為的渦旋光束，每一個光子都攜帶一個軌道角動量其中，l為拓撲荷數(shù)，因此，對渦旋光束拓撲荷的測量是一項非常重要的工作，針對完全相干或相干度較高的渦旋光束，測量拓撲荷的方法主要分為三種：干涉法、衍射法和光強分析法，但當相干度降低，原有的針對完全相干或相干度較高的渦旋光束的拓撲荷測量方法將逐漸失效。然而當相干度降低，渦旋光束的中心光強不再為零，逐漸變成實心，原本定義的相位奇點逐漸消失，但在2004年，Palacios等人提出，當相干度降低，在渦旋光的空間相干結(jié)構(gòu)里，穩(wěn)定存在著一種奇點，叫作相干奇點。而在實際應用中，部分相干渦旋光束在激光加工、光鑷以及原子冷卻等方面有著獨特的優(yōu)勢。如果能夠測量得到部分相干渦旋光束的復相干度，那么從復相干度的振幅和相位分布圖中即可觀測到相位奇點的分布，從而得到部分相干渦旋光束的拓撲荷數(shù)大小和正負信息，而目前正缺少一種能夠測量部分相干渦旋光束復相干度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何通過對部分相干渦旋光束引入三次擾動來計算交叉譜密度函數(shù)，并由交叉譜密度函數(shù)得到部分相干渦旋光束的復相干度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種測量部分相干渦旋光束的復相干度的方法，包括：

記錄待部分相干測渦旋光束的光強；

對所述待測部分相干渦旋光束引入三次不同相位賦值的擾動；

對擾動后的待測部分相干渦旋光束進行傅里葉變換，并記錄三次不同相位賦值下傅里葉平面的光強；

根據(jù)三次不同相位賦值和三次不同相位賦值下傅里葉平面的光強，通過反傅里葉變換得到待測部分相干渦旋光束的交叉譜密度函數(shù)；

根據(jù)復相干度的定義，利用所述交叉譜密度函數(shù)和待測部分相干渦旋光束的光強得到待測部分相干渦旋光束的復相干度；

作為本發(fā)明的進一步改進，所述根據(jù)三次不同相位賦值和三次不同相位賦值下傅里葉平面的光強，通過反傅里葉變換得到待測部分相干渦旋光束的交叉譜密度函數(shù)，具體包括：

首先，在不引入擾動的情況下，待測部分相干渦旋光束在傅里葉平面的光強表示為：

I₀(ρ)＝∫∫W(r₁,r₂)exp[-i2πρ(r₁-r₂)]dr₁dr₂