[發明專利]一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法

有效

• 申請號: 202110373618.2
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113514027B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 邱松;任元;丁友;劉通;劉政良;王琛;沙啟蒙;李智猛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

1.一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，其特征在于：渦旋光是一種具有螺旋波陣面的特殊光場，光束振幅的一部分可稱為非完整渦旋光；首先，使用空間光調制器進行復振幅調制以制備非完整渦旋光，通過準直與濾波后用CCD相機在光路上檢測光斑形狀，并提取光斑的外邊緣，測量光束半徑和光斑旋轉角度，可計算出光束傳播的距離。

2.根據權利要求1所述的一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，其特征在于，非完整渦旋光傳播一段距離后的旋轉角度可表示為其中α表示渦旋光坡印廷矢量與光軸之間的夾角，表示渦旋光場的平均半徑，θ表示部分渦旋光傳播距離為z_r時的光場旋轉角度，據此，帶入渦旋光坡印廷矢量與傳播軸之間的夾角可得傳播距離為

其中，l表示渦旋光拓撲荷數，θ是實測得光場旋轉角，λ表示所用的探測光的波長。

3.根據權利要求1所述的一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，其特征在于：完整的單一態渦旋光束橫截面上的能量分布為完整的圓環形，非完整渦旋光為其中的一部分，橫截面上的能量分布是從圓環中心出發的扇形圓環，為方便測量，扇形圓環的圓心角為180度。

4.根據權利要求1所述的一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，其特征在于：渦旋光不再是一個完整的圓環形光場，而是被去掉了一部分，實際應用中可采用直邊遮擋或者利用空間光相位調制器對相位進行遮擋的方式產生，采用空間光調制器加載部分相位制備半圓環形渦旋光的相位可表示為：

其中表示柱坐標，l是渦旋光的拓撲荷數。

5.根據權利要求2所述的一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，其特征在于根據非完整渦旋光斑相對于初始平面的旋轉角度和光束半徑，即可確定CCD相機位置與初始平面之間的距離，從而實現徑向距離的測量，這里在初始平面選取的光束半徑應當與CCD相機位置所取的進行旋轉角測量的光束半徑一致。

6.根據權利要求3所述的一種基于非完整渦旋光的徑向距離測量方法，采用單一態部分渦旋光進行距離測量時，根據CCD相機捕捉到的部分渦旋光場與初始平面光場的相對旋轉方向，可進一步判斷得出渦旋光拓撲荷數的正負即渦旋光的旋轉方向。