[發明專利]雙耳圓形衍射光闌及渦旋光拓撲荷數檢測系統與檢測方法

有效

• 申請號: 201810972698.1
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109029745B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 陳書青;張安;陳學鈺;謝智強;王佩佩;劉俊敏;蘇明樣;賀炎亮;李瑛
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開了雙耳圓形衍射光闌及渦旋光拓撲荷數檢測系統與檢測方法，其中，雙耳圓形衍射孔包括雙耳圓形衍射孔，所述雙耳圓形衍射孔主要由雙紐線、圓心均位于所述雙紐線的對稱中心的第一圓弧和第二圓弧構成；所述第一圓弧連接于所述雙紐線的上側，所述第二圓弧連接于所述雙紐線的下側，所述雙紐線的橫向長度與所述第一圓弧的半徑之比為(2.5?3.2)：1；所述雙耳圓形衍射孔左右對稱。本發明通過單個孔徑衍射，即可完成對渦旋光拓撲荷數的測量，從而避免了多孔徑中孔的排布精度對測量精度的影響；并且在調節渦旋光束與雙耳圓形孔徑共軸時，即使有一定偏差，衍射光強分布仍能達到檢測渦旋光拓撲荷數的目的，因此本技術方案對檢測操作誤差具有一定的容忍度。

技術領域

本發明涉及信息光學領域，尤其涉及一種雙耳圓形衍射光闌及渦旋光拓撲荷數檢測系統與檢測方法。

背景技術

渦旋光束是一種攜帶有軌道角動量的結構化光束，它具有特殊的螺旋波前結構和固定的拓撲荷數。這種具有螺旋相位結構的光束聚焦時會形成具有軌道角動量的環，而不是普通的點光斑，它主要是由相位奇點引起的。1992年，Allen等人指出渦旋光束的螺旋型相位分布可用exp(ilθ)相位函數來描述，每一光子上攜帶有的軌道角動量。其中l為渦旋光的拓撲荷數θ是方位角，并且是普朗克常數除以2π。也就是說，一束單色渦旋光束的每一光子理論上可同時攜帶有軌道角動量(OAM)和自旋角動量(SAM)，它們分別影響著渦旋光的偏振和空間分布。近年來研究表明，由于渦旋光束具有微/納米粒子的操控能力，在光鑷、光俘獲和量子信息技術研究等領域具有巨大的應用價值。特別是在量子信息技術研究領域，由于軌道角動量模式之間的無限正交性的存在，利用軌道角動量模式將能有效實現信息的傳遞，很大程度上擴大傳輸信息的容量。在渦旋光束研究中，軌道角動量作為描述渦旋光束特性的一個重要參數，如何高效測定軌道角動量的大小已成為重中之重，而軌道角動量的大小就是通過渦旋光束的拓撲荷數l來體現的，拓撲荷數l體現了光束繞奇點一周的相位變化規律。因此，探索一種更為高效的方法來檢測渦旋光束的拓撲荷數具有很重要的研究意義。

近些年來，在拓撲荷數測量研究中，科研工作者已經發現了幾種比較有效的測量方法。2008年，Gregarious C.G Berkhout和Marco W.Beijersbergen等人提出一種多孔方法測量渦旋光束的軌道角動量。2009年王濤等人基于菲涅爾衍射積分理論，對拉蓋爾高斯光束的單縫衍射特性進行了研究。同年國承山、盧磊磊等人提出了環帶傅里葉變換法測量渦旋光束的拓撲荷數。2012年楊元杰等人利用交叉譜密度函數法測量部分相干渦旋光的軌道角動量。

上述的測量方法雖均能有效測定渦旋光的拓撲荷數，但在現實應用中卻存在一定的挑戰，比如在多孔測量法中，拓撲荷數的大小往往與多孔的尺寸和排布息息相關，孔徑的排布嚴重影響其測量精度，環帶傅里葉測量法和交叉譜密度函數法雖能較為準確的測量拓撲荷數，但其實驗系統結構較為復雜，不適合實際應用。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種雙耳圓形衍射光闌及渦旋光拓撲荷數檢測系統與檢測方法，旨在解決現有信息光學領域的測量渦旋光的拓撲荷數的方法精度不夠以及系統結構較為復雜的問題。

本發明的技術方案如下：

一種雙耳圓形衍射光闌，包括雙耳圓形衍射孔，所述雙耳圓形衍射孔主要由雙紐線、圓心均位于所述雙紐線的對稱中心的第一圓弧和第二圓弧構成；

其中，所述第一圓弧連接于所述雙紐線的上側，所述第二圓弧連接于所述雙紐線的下側，所述雙紐線的橫向長度與所述第一圓弧的半徑之比為(2.5-3.2)：1；所述雙耳圓形衍射孔左右對稱。

所述的雙耳圓形衍射光闌，其中，所述第二圓弧的半徑不等于所述第一圓弧的半徑，形成上下非對稱結構。

所述的雙耳圓形衍射光闌，其中，所述雙紐線的橫向長度與所述第一圓弧的半徑之比為31：11。