一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置制造方法

一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置制造方法
【专利摘要】一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，包括一连续波激光器，在该连续波激光器的光束前进方向依次设有准直扩束器、高斯-平顶光束转换器、起偏器、分束镜；经分束镜后，激光束被分为透射光和反射光，透射光与反射光成90°夹角，透射光作为参考光束照射在空间光调制器上；反射光束照射在反射镜上，所述反射镜安装在压电陶瓷微位移台上；反射后的透射光束和反射光束再次经过分束镜合束后，经会聚透镜会聚后照射在光阑上，通过检偏器后进入CCD相机成像；本装置能实现分数阶涡旋光束任意阶(0.1阶)精度的拓扑荷值的测量，可广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚、量子通信、信息编码与传输、粒子囚禁、光镊、光扳手等领域的拓扑荷值测量。
【专利说明】一种测量分数阶光学润旋拓扑荷值的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，具体的说是涉及一种利用相位测量分数阶涡旋拓扑荷值的装置。
【背景技术】
[0002]由于涡旋光束在玻色-爱因斯坦凝聚、量子信息编码、粒子囚禁、光镊及光扳手等领域具有重要的应用前景，成为近年来信息光学领域一个非常重要的研究热点。2004年，M.V.Berry首次系统、全面的阐述了分数阶光学润旋的理论基础(M.V.Berry, JOpta-Pure Appl Op 6 (2004) 259)。分数阶涡旋光束可携带更多信息量、且能提供更精细化的微粒操作，成为涡旋光学领域众多研究者竞相研究的热点课题。
[0003]生成分数阶光学涡旋的最简洁方法是利用计算全息图显示在空间光调制器上。由于分数阶涡旋光束的空间稳定性很差，因此，在研究分数阶涡旋光束特性及应用时，对生成的分数阶涡旋光束的拓扑荷值(即光子轨道角动量)进行精确测量是首先需要解决的问题。
[0004]从目前研究看，涡旋光束拓扑荷值的测量主要分为干涉测量和衍射测量。但这两种方法都是通过数干涉/衍射条纹数测量来实现，仅能达到半整数阶(0.5阶)精度(A.Mourka et al., Optics Express 19 (2011) 5760)的拓扑荷值测量。
[0005]因此，如何实现任意阶(0.1阶)精度的拓扑荷值的测量是该【技术领域】面临的一个亟待解决的技术难题。
实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题:提供一种能实现任意阶(0.1阶)精度的分数阶光学涡旋拓扑荷值测量的装置。
[0007]本实用新型所采用的技术方案为:一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，包括一连续波激光器，在该连续波激光器的光束前进方向依次设有准直扩束器、高斯-平顶光束转换器、起偏器、分束镜；经分束镜后，激光束被分为透射光和反射光，透射光与反射光成90°夹角，透射光作为参考光束照射在空间光调制器上；反射光束照射在反射镜上，所述反射镜安装在压电陶瓷微位移台上；反射后的透射光束和反射光束再次经过分束镜合束后，经会聚透镜会聚后照射在光阑上，通过检偏器后进入CXD相机成像；
[0008]所述的空间光调制器与计算机连接，计算机将计算全息图输入到空间光调制器上；
[0009]所述的压电陶瓷微位移台与微位移控制器相连，所述的微位移控制器分别与计算机和触发器相连；
[0010]所述的CXD相机分别与计算机和触发器相连。
[0011]与以往技术相比，本实用新型的优点:本装置能实现分数阶涡旋光束任意阶(0.1阶)精度的拓扑荷值的测量，将涡旋光束拓扑荷值的测量从目前的半整数阶(0.5阶)精确到任意阶；可广泛应用于玻色-爱因斯坦凝聚、量子通信、信息编码与传输、粒子囚禁、光镊、光扳手等领域的拓扑荷值测量。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1为测量装置的结构示意图。
[0013]【专利附图】

【附图说明】:100-连续波激光器，110-准直扩束器，120-高斯-平顶光束转换器，131-起偏器，140-分束镜，150-空间光调制器，210-压电陶瓷微位移台，220-反射镜，230-会聚透镜，240-光阑，132-检偏器，300-CCD相机，400-计算机，500-触发器，600-微位移控制器。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0015]按照图1的结构布置测量光路图；由附图可见，一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，包括一连续波激光器100，在该连续波激光器100的光束前进方向依次设有准直扩束器110、高斯-平顶光束转换器120、起偏器131、分束镜140 ;经分束镜140后，激光束被分为透射光和反射光，透射光与反射光成90°夹角，透射光作为参考光束照射在空间光调制器150上；反射光束照射在反射镜220上，反射镜220安装在压电陶瓷微位移台210上；反射后的透射光束和反射光束再次经过分束镜140合束后，经会聚透镜230会聚后照射在光阑240上，通过检偏器132后进入CXD相机300成像；
[0016]所述的空间光调制器150与计算机400连接，计算机400将计算全息图输入到空间光调制器150上；
[0017]所述的压电陶瓷微位移台210与微位移控制器600相连，所述的微位移控制器600与计算机400和触发器500相连；
[0018]所述的CXD相机300与计算机400和触发器500相连。
[0019]一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置的测量方法，其主要是:
[0020]包括利用计算机全息技术将生成计算全息图写入空间光调制器150的步骤；
[0021]采用迈克尔逊干涉光路和四步相移技术获得涡旋光束的包裹相位图的步骤；
[0022]利用相位图去包裹算法解析出涡旋光束的真实相位Θ的分布，再由拓扑荷的定
义计算得到任意分数阶精度的拓扑荷值m。
[0023]一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置的测量方法，其具体步骤如下:
[0024]步骤一、选择合适的连续波激光器100、准直扩束器110、高斯-平顶光束转换器120、起偏器131、分束镜140、空间光调制器150、反射镜220、压电陶瓷微位移台210、会聚透镜230、光阑240、检偏器132、CCD相机300、微位移控制器600、触发器500和计算机400，布置好测量光路，利用计算机全息术将待测涡旋光束与平行光生成计算机全息图，由计算机400写入空间光调制器150 ;通过计算机400设定好微位移控制器600和触发器500的参数；
[0025]步骤二、打开连续波激光器100，连续波激光器100发出的激光束，经过扩束准直镜110后，再由高斯-平顶光束转换器120将高斯光束转换为平顶光束，这保证了涡旋光束全息再现的准确性；
[0026]步骤三、将步骤二得到的平顶光束经起偏器131、分束镜140后分为反射光束和透射光束；透射光束作为参考光束照射在空间光调制器150上，解调出待测涡旋光束，照射在分束器140上；
[0027]步骤四、步骤三得到的反射光束照射在反射镜220上，反射后也照射在分束器140上；涡旋光束与反射光束经分束器140合束后照射在会聚透镜230上，然后，利用光阑240选择涡旋光束的I级衍射，经过检偏器132后进入CCD相机300，反射光束与涡旋光束在CCD相机300中形成的干涉图像I1存储进计算机400 ；
[0028]步骤五、根据计算机400设定的参数，微位移控制器600控制压电陶瓷微位移台210带动反射镜220沿垂直光路方向移动四分之一波长的距离；然后，触发器500触发CXD相机300拍摄第二幅干涉图12存储进计算机400 ；
[0029]步骤六、然后，微位移控制器600控制压电陶瓷微位移台210带动反射镜220再次沿垂直光路方向移动四 分之一波长的距离；触发器500触发CXD相机300拍摄第三幅干涉图h存储进计算机400 ；
[0030]步骤七、然后，微位移控制器600控制压电陶瓷微位移台210带动反射镜220再次沿垂直光路方向移动四分之一波长的距离；触发器500触发CCD相机300拍摄第四幅干涉图h存储进计算机400 ；
[0031]步骤八、利用四步相移公式计算出待测涡旋光束的包裹相位分布，s = actm!±zli ;对获得的包裹相位分布图进行去包裹处理，解算出涡旋光束的真实相位

一 -? I
分布δο ;根据涡旋光束拓扑荷值的定义ηι=0/2π计算出待测光束的拓扑荷值m，其
中β为绕拓扑荷一周的相位改变，逆时针方向为正涡旋，顺时针方向改变为负涡旋；
[0032]步骤九、重复上述过程，多次测量取平均值，消除系统误差和随机误差，最终获得分数阶涡旋光束的拓扑荷值。
[0033]经实验表明:本装置及方法能实现任意阶(0.1阶)涡旋光束拓扑荷值的测量，与现有测量方法相比，测试精度提高了一个数量级；并且具有光路简洁、快速、准确的特点。
【权利要求】
1.一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，其特征在于:包括一连续波激光器(100)，在该连续波激光器(100 )的光束前进方向依次设有准直扩束器(110)、高斯-平顶光束转换器(120)、起偏器(131 )、分束镜(140);经分束镜(140)后，激光束被分为透射光和反射光，透射光与反射光成90°夹角，透射光作为参考光束照射在空间光调制器(150)上；反射光束照射在反射镜(220)上，所述反射镜(220)安装在压电陶瓷微位移台(210)上；反射后的透射光束和反射光束再次经过分束镜(140)合束后，经会聚透镜(230)会聚后照射在光阑(240 )上，通过检偏器(132 )后进入CXD相机(300 )成像； 所述的空间光调制器(150)与计算机(400)连接，计算机(400)将计算全息图输入到空间光调制器(150)上； 所述的压电陶瓷微位移台(210)与微位移控制器(600)相连，所述的微位移控制器(600)分别与计算机(400)和触发器(500)相连； 所述的CXD相机(300)分别与计算机(400)和触发器(500)相连。
【文档编号】G01J9/00GK203772426SQ201420189116
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】李新忠, 台玉萍, 王辉, 张利平, 李海生, 吕芳捷, 李立本 申请人:河南科技大学