[發明專利]一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202210306651.8
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114720001A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 夏豪杰;倪嵐霖;許非凡;李維詩;趙會寧;常松濤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

1.一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量裝置，其特征在于，包括He-Ne激光器（1）、分束器Ⅰ（2）、空間光調制器（3）、分束器Ⅱ（4），反射鏡Ⅰ（5）、反射鏡Ⅱ（6）、分束器Ⅲ（7）、分束器Ⅳ（8）、CCDⅠ相機（9）、正三角孔光闌（10）、 CCDⅡ相機（11）、計算機（12），所述測量裝置的光路結構為：He-Ne激光器（1）發出的基模高斯光束經過分束器Ⅰ（2）透射，入射到空間光調制器（3），生成待測的拉蓋爾高斯光束；然后由空間光調制器（3）反射后的拉蓋爾高斯光束經過分束器Ⅰ（2）、分束器Ⅱ（4）；經分束器Ⅱ（4）后，拉蓋爾高斯光束分為透射拉蓋爾高斯光束Ⅰ和反射拉蓋爾高斯光束Ⅰ，透射拉蓋爾高斯光束Ⅰ經分束器Ⅲ（7）反射后，再經反射鏡Ⅱ（6）反射和分束器Ⅲ（7）透射作為拉蓋爾高斯光束的鏡像光束射入分束器Ⅳ（8）中；透射拉蓋爾高斯光束Ⅰ經分束器Ⅲ（7）透射后，經過正三角孔光闌（10）衍射進入CCDⅡ相機（11）成像，存儲進計算機（12）；反射拉蓋爾高斯光束Ⅰ經反射鏡Ⅰ（5）之后，作為拉蓋爾高斯光束Ⅱ射入分束器Ⅳ（8）中；然后拉蓋爾高斯光束的鏡像光束與拉蓋爾高斯光束Ⅱ干涉，干涉光進入CCDⅠ相機（9）成像，存儲進計算機（12）；

通過干涉圖樣觀察得到拓撲荷數的大小，通過衍射圖樣觀察得到拓撲荷數的符號。

2.根據權利要求1所述的一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量裝置，其特征在于，所述的干涉圖樣觀察為：計算機（12）內存儲的不同高階拓撲荷數拉蓋爾高斯光束的干涉強度圖，干涉強度圖是由圓周均勻分布的多個類菊花花瓣組成，花瓣的個數n為拓撲荷數l大小的兩倍，即n=2l，通過對干涉光強圖花瓣數的計數實現對拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數大小的測量。

3.根據權利要求1所述的一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量裝置，其特征在于，所述的衍射圖樣觀察為：計算機（12）內存儲的不同高階拓撲荷數拉蓋爾高斯光束的衍射強度圖，當拉蓋爾高斯光束經過正三角孔光闌（10）衍射時，遠場衍射光斑成三角形分布，當拓撲荷數符號相反的拉蓋爾高斯光束經正三角孔光闌（10）衍射后，其衍射光斑排列方向相反，通過觀察衍射光強圖的衍射光斑排列方向實現對拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數符號的測量。

4.根據權利要求1所述的一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量裝置，其特征在于，所述的He-Ne激光器（1）為將632.8nm的He-Ne激光器。

5.一種如權利要求1所述的一種拉蓋爾高斯光束高階拓撲荷數的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，將He-Ne激光器（1）、分束器Ⅰ（2）、空間光調制器（3）、分束器Ⅱ（4），反射鏡Ⅰ（5）、反射鏡Ⅱ（6）、分束器Ⅲ（7）、分束器Ⅳ（8）、CCDⅠ相機（9）、正三角孔光闌（10）、 CCDⅡ相機（11）、計算機（12），布置好測量光路；

步驟S2，打開He-Ne激光器（1），He-Ne激光器（1）發出基膜高斯光束經分束器Ⅰ（2）射入空間光調制器中（3），產生待測的拉蓋爾高斯光束，拉蓋爾高斯光束經分束器Ⅱ（4）分成透射拉蓋爾高斯光束Ⅰ和反射拉蓋爾高斯光束Ⅰ，其中透射拉蓋爾高斯光束Ⅰ經分束器Ⅲ（7）和反射鏡Ⅱ（6）成為拉蓋爾高斯光束的鏡像光束，反射拉蓋爾高斯光束Ⅰ經反射鏡Ⅰ（5）后的拉蓋爾高斯光束Ⅱ和其鏡像光束在分束器Ⅳ（8）干涉，經分束器Ⅲ透射的拉蓋爾高斯光束Ⅲ（7）經過正三角孔光闌（10）衍射，利用CCDⅠ（9）和CCDⅡ（11）相機記錄干涉圖像和衍射圖像，存儲進計算機（12）；

步驟S3，通過對干涉圖像的花瓣數計數實現對高階拓撲荷數大小的測量，其中花瓣數是拓撲荷數的2倍；

步驟S4，通過對衍射圖像的光場分布實現對高階拓撲荷數符號的測量；

步驟S5，確定高階拓撲荷數的大小與符號。