[發(fā)明專利]一種各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的測量方法

有效

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• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113324879B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王健;湯子毅;萬鎮(zhèn)宇;方良
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/21;G01P5/26;G01P13/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發(fā)明公開了一種各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的測量方法。該方法利用圓柱矢量偏振光場作為探測光，照射具有自旋與公轉(zhuǎn)的各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒，并反射出矢量多普勒偏振信號，采用斯托克斯參量法或雙偏振檢測法檢測矢量多普勒偏振信號，針對其斯托克斯參量S₁和S₂或其在兩個偏振方向的投影分量分別進(jìn)行傅里葉分析，在傅里葉幅度譜中提取多個峰值頻率大小和峰值相對振幅比，在傅里葉相對相位譜中提取對應(yīng)于峰值頻率的相對相位差值，通過計算實現(xiàn)對各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的自旋與公轉(zhuǎn)速度的大小與方向，以及其各向異性參數(shù)的同時測量。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)方案對各向異性微粒測量的局限，在光學(xué)測量和傳感等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，填補了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的測量方法。

背景技術(shù)

眾所周知，多普勒效應(yīng)由波源和觀察者之間的相對運動引起，其在光學(xué)和聲學(xué)測量領(lǐng)域有著廣泛的作用。基于多普勒效應(yīng)發(fā)展起來的多普勒測速技術(shù)通常具有空間分辨率高、測量范圍廣、非接觸等優(yōu)點。在多普勒效應(yīng)發(fā)展的漫漫歷程中，研究者往往關(guān)注標(biāo)量場在與物體相互作用過程中的頻率變化。近來，隨著研究者們對光場維度的探索，基于偏振隨空間變化的矢量偏振光場，一種新穎的矢量多普勒效應(yīng)被揭示與證實。矢量多普勒效應(yīng)作為對傳統(tǒng)多普勒效應(yīng)的一種全新的拓展，為旋轉(zhuǎn)運動速度的大小和方向的同時獲取提供了新的途徑，并打破了傳統(tǒng)多普勒測速研究中對運動方向判別缺失的局限性。通常，各向同性介質(zhì)對于光的偏振態(tài)沒有影響，因此各向同性物體在矢量多普勒效應(yīng)中展現(xiàn)出均勻且規(guī)律簡單的矢量多普勒偏振信號。而對于各向異性微粒，其會對光場的偏振態(tài)帶來改變，且這種改變與各向異性的快慢軸有關(guān)。可見，各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒在矢量多普勒效應(yīng)中產(chǎn)生的矢量多普勒偏振信號將展現(xiàn)出極其復(fù)雜的變化特性。當(dāng)各向異性微粒同時存在自旋與公轉(zhuǎn)這兩種基本的旋轉(zhuǎn)運動形式時，目前缺乏有效的測量方案實現(xiàn)對其的信息獲取。而考慮到基于矢量多普勒效應(yīng)的運動測量方法，各向異性微粒產(chǎn)生的復(fù)雜矢量多普勒偏振信號難以采用常規(guī)手段直接進(jìn)行檢測。因此，找到一種針對復(fù)雜矢量多普勒偏振信號的檢測手段，進(jìn)而實現(xiàn)對各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒測量的方法是極其必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的測量方法，目的在于突破傳統(tǒng)方案對各向異性微粒測量上的局限性，實現(xiàn)對各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的自旋與公轉(zhuǎn)角速度的大小和方向進(jìn)行同時測量，并獲取其各向異性參數(shù)，填補相關(guān)技術(shù)的空白。

斯托克斯參量法是一種描述和測量光場偏振態(tài)的有效手段，為復(fù)雜矢量多普勒偏振信號的檢測提供了很好的解決思路。另外，雙偏振檢測法通常可以作為斯托克斯參量法的一種簡化形式，也可以用于偏振信號的檢測。這里將基于斯托克斯參量法和雙偏振檢測法發(fā)明一種矢量多普勒偏振信號檢測手段，以實現(xiàn)對各向異性微粒的測量。

其中，各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒可存在自旋與公轉(zhuǎn)的運動形式，在各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的各向異性參數(shù)為已知的情況下，只需測量各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的自旋和公轉(zhuǎn)角速度的大小和方向。在各向異性旋轉(zhuǎn)運動微粒的各向異性參數(shù)為未知的情況下，測量參數(shù)還包括各向異性參數(shù)。