[發明專利]一種中紅外波段超快渦旋激光檢測裝置及其方法

有效

• 申請號: 202110638072.9
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113340415B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 周偉;曹雪;柳陽雨;鮮安華;王昊天;沈德元;殷雪劍
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04;G01J1/42
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 華德明

1.一種中紅外波段超快渦旋激光檢測裝置，其特征在于，包括激光光源(1)、第一半波片(4)、偏振分束鏡(5)、反射組件和輸出鏡(10)；

所述反射組件包括第一全反射鏡(7)和第二全反射鏡(8)；

第一半波片(4)和偏振分束鏡(5)均轉動調節布置，并與第二全反射鏡(8)依次布置在同一準直光路上，第一全反射鏡(7)設置在偏振分束鏡(5)的一側；

激光光源(1)先經過第一半波片(4)和偏振分束鏡(5)后進行反射和透射，再對應經過第一全反射鏡(7)和第二全反射鏡(8)，最后從輸出鏡(10)反射和透射發生光外差干涉；

所述輸出鏡(10)處設有用于檢測干涉信號的CDD圖像傳感器(13)；

根據激光光源(1)為標量光束、相位渦旋光束、不帶螺旋相位的矢量光束、矢量渦旋光束，選擇性的使用波片組(6)和擴束鏡(9)；

所述第一全反射鏡(7)與偏振分束鏡(5)之間設有波片組(6)，所述第二全反射鏡(8)與輸出鏡(10)之間設有用于擴束的擴束鏡(9)。

2.根據權利要求1所述的一種中紅外波段超快渦旋激光檢測裝置，其特征在于，所述波片組(6)包括1或2個第二半波片；

當為2個第二半波片時，2個第二半波片沿著光路依次排列。

3.根據權利要求2所述的一種中紅外波段超快渦旋激光檢測裝置，其特征在于，所述擴束鏡(9)的焦距為f≥100。

4.根據權利要求1至3任意一項所述的一種中紅外波段超快渦旋激光檢測裝置，其特征在于，所述激光光源(1)與第一半波片(4)之間依次設有相互平行的孔徑光闌Ⅰ(2)和孔徑光闌Ⅱ(3)；

輸出鏡(10)與CCD圖像傳感器(13)之間依次設置有相互平行的孔徑光闌Ⅲ(11)和孔徑光闌Ⅳ(12)。

5.一種中紅外波段超快渦旋激光檢測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

a.激光光源(1)產生激光，通過相互平行的孔徑光闌Ⅰ(2)和孔徑光闌Ⅱ(3)后，經第一半波片和偏振分束鏡(5)反射和透射后分別作為信號光和參考光；

b.選擇性的使用波片組(6)和擴束鏡(9)，波片組(6)設置在偏振分束鏡(5)與第一全反射鏡(7)之間，用于用于旋轉波片組(6)調整信號光的偏振方向；擴束鏡(9)設置在第二全反射鏡 (8)與輸出鏡(10)之間；

信號光經波片組(6)旋轉偏振方向后先照射到第一全反射鏡(7)上，再反射至輸出鏡(10)上；參考光經第二全 反射鏡(8)、擴束鏡(9)反射至輸出鏡(10)，所述信號光和參考光經過輸出鏡(10)反射和透射后均發生光外差干涉；

干涉后的激光經過相互平行的孔徑光闌Ⅲ(11)和孔徑光闌Ⅳ(12)，通過CCD圖像傳感器(13)檢測信號光與參考光的干涉信號；

當激光光源(1)為標量光束時，CCD圖像傳感器(13)檢測標量光束未發生干涉，呈圓形光斑狀態；若設置波片組(6)，波片組(6)為第二半波片，信號光經過第二半波片旋轉偏振方向，偏振方向發生90°旋轉，信號光經偏振分束鏡(5)后其偏振方向與偏振分束鏡(5)的透射偏振方向一致，標量光束的干涉條紋成明暗條紋狀態；

當激光光源(1)為相位渦旋光束時，波片組(6)為一個第二半波片，信號光經第二半波片旋轉偏振方向，偏振方向發生90°旋轉，CCD圖像傳感器(13)觀測其光斑呈現分叉條紋狀態，并通過計算干涉圖上下半部分的條紋數并取其差值來確認螺旋相位個數；

當激光光源(1)為不帶螺旋相位的矢量光束時，設置擴束鏡(9)，若未設置波片組(6)，信號光與參考光經過輸出鏡(10)反射和透射后光斑重疊，CCD圖像傳感器(13)檢測光斑呈環形光斑狀態；若設置波片組，波片組為兩個第二半波片，并且快軸夾角為45°，CCD圖像傳感器(13)檢測光斑呈現環形狀態，且部分干涉；

當激光光源(1)為矢量渦旋光束時，第二全反射鏡 (8)與輸出鏡(10)之間設有擴束鏡(9)，若波片組(6)為一個第二半波片，CCD圖像傳感器(13)觀測光斑呈現兩瓣狀態；

若未放置波片組，CCD圖像傳感器(13)檢測光斑呈環形狀態。

6.根據權利要求5所述的一種中紅外波段超快渦旋激光檢測方法，其特征在于，

當未放置擴束鏡(9)時，參考光為平面波，并且若激光光源(1)無螺旋相位時，CCD圖像傳感器(13)檢測干涉條紋為較好、間距較大的條紋狀態；

當放置擴束鏡(9)時，參考光為球面波，聚焦鏡焦距為f≥100，調整輸出鏡(10)任意透過率，通過第一半波片(4)和偏振分束鏡(5)進行轉動調節，改變反射光和透射光的激光光強比，CCD圖像傳感器(13)檢測干涉為渦旋狀態。