涡旋光束拓扑荷数测量系统、方法、装置、设备及介质

本发明涉及光学测量，尤其涉及一种涡旋光束拓扑荷数测量系统、方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、涡旋光是一种具有螺旋波前结构且中心强度为零的空心光束。光学涡旋已被应用于许多不同的情况下，如光学捕获、光学通信、显微镜成像、激光微机、旋转速度检测、光学黑洞的模拟等。在所有这些应用中，涡旋光的拓扑电荷起着关键作用。而目前需要复杂的光学器件进行测量，测量方法操作复杂，光束相干性差。

2、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种涡旋光束拓扑荷数测量系统、方法、装置、设备及介质，旨在解决现有技术需要复杂的光学器件进行测量，测量方法操作复杂，光束相干性差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种涡旋光束拓扑荷数测量系统，所述涡旋光束拓扑荷数测量系统包括：激光发射单元、分光板、第一反射镜、第二反射镜和测量单元；

3、所述激光发射单元，用于产生涡旋光束，并将待测的涡旋光束发射至所述分光板；

4、所述分光板，用于将所述涡旋光束分束为反射涡旋光和透射涡旋光；

5、所述反射涡旋光反射至所述第一反射镜，通过所述第一反射镜反射至所述分光板的半透半反射膜后，所述反射涡旋光透射为第一涡旋光；

6、所述透射涡旋光透射至所述第二反射镜，通过所述第二反射镜反射至所述分光板的半透半反射膜后，所述透射涡旋光反射为第二涡旋光；

7、所述测量单元，用于采集所述第一涡旋光和所述第二涡旋光之间的目标干涉图像，并对所述目标干涉图像进行分析，确定涡旋光拓扑荷数；所述涡旋光束拓扑荷数测量系统，还包括：补偿板，所述补偿板设置在所述分光板与所述第二反射镜之间；

8、所述补偿板，用于对所述分光板透射的透射涡旋光的光程进行补偿，并将补偿后的所述透射涡旋光传递至所述分光板的半透半反射膜。

9、可选地，所述激光发射单元包括：激光发射器、准直扩束器、偏振片、空间光调制器和第三反射镜；

10、所述激光发射器，用于生成基模高斯光束，并将所述基模高斯光束发射至所述准直扩束器；

11、所述准直扩束器，用于将所述基模高斯光束扩束后传递至所述偏振片；

12、所述偏振片，用于将扩束后的所述基模高斯光束调制为空间光调制器液晶面的偏振方向，并传递至所述空间光调制器；

13、所述空间光调制器，用于将扩束后的所述基模高斯光束转化为待测的涡旋光束，并将所述涡旋光束反射至所述第三反射镜；

14、所述第三反射镜，用于将所述涡旋光束反射至所述分光板。

15、可选地，所述基模高斯光束进入空间光调制器的入射角小于15度；

16、所述第一反射镜与所述分光镜之间的距离为第一距离，所述第二反射镜与所述分光镜之间的距离为第二距离，所述第一距离与所述第二距离相等。

17、可选地，所述涡旋光束拓扑荷数测量系统，还包括至少一个调节螺母，所述调节螺母设置在所述第二反射镜上；

18、所述调节螺母，用于调节所述第二反射镜的镜面方向，所述第二反射镜的镜面方向与竖直方向之间存在夹角。

19、可选地，所述测量单元包括成像设备；

20、所述成像设备，用于采集所述第一涡旋光与所述第二涡旋光之间自干涉产生的目标干涉图像。

21、可选地，所述测量单元还包括分析设备；

22、所述分析设备，用于获取所述成像设备采集的目标干涉图像，并对所述目标干涉图像中所述第一涡旋光和所述第二涡旋光的相位奇点附近的干涉条纹特征进行分析，确定涡旋光拓扑荷数。

23、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种涡旋光束拓扑荷数测量方法，所述涡旋光束拓扑荷数测量方法应用于上述涡旋光束拓扑荷数测量系统，所述涡旋光束拓扑荷数测量方法包括：

24、构建测量光路；

25、采集所述测量光路中第一涡旋光与第二涡旋光之间自干涉产生的目标干涉图像；

26、对所述目标干涉图像中所述第一涡旋光和所述第二涡旋光的相位奇点附近的干涉条纹特征进行分析，获取所述相位奇点的条纹信息；

27、基于所述条纹信息确定涡旋光束拓扑荷数。

28、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种涡旋光束拓扑荷数测量装置，所述涡旋光束拓扑荷数测量装置包括：

29、光路构建模块，用于构建测量光路；

30、图像采集模块，用于采集所述测量光路中第一涡旋光与第二涡旋光之间自干涉产生的目标干涉图像；

31、图像分析模块，用于对所述目标干涉图像中所述第一涡旋光和所述第二涡旋光的相位奇点附近的干涉条纹特征进行分析，获取所述相位奇点的条纹信息；

32、拓扑荷数测量模块，用于基于所述条纹信息确定涡旋光束拓扑荷数。

33、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种涡旋光束拓扑荷数测量设备，所述涡旋光束拓扑荷数测量设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的涡旋光束拓扑荷数测量程序，所述涡旋光束拓扑荷数测量程序配置为实现如上文所述的涡旋光束拓扑荷数测量方法的步骤。

34、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有涡旋光束拓扑荷数测量程序，所述涡旋光束拓扑荷数测量程序被处理器执行时实现如上文所述的涡旋光束拓扑荷数测量方法的步骤。

35、本发明通过激光发射单元将待测的涡旋光束发射至分光板，分光板将涡旋光束分束为反射涡旋光和透射涡旋光，反射涡旋光反射至第一反射镜，通过第一反射镜反射至分光板的半透半反射膜后，反射涡旋光透射为第一涡旋光，透射涡旋光的光程经过补偿板第一次补偿后透射至第二反射镜，通过第二反射镜反射经补偿板第二次补偿光程后到达分光板的半透半反射膜后，透射涡旋光反射为第二涡旋光，测量单元对两束涡旋光的目标干涉图像进行分析，确定涡旋光拓扑荷数，从而有效地避免了测量操作复杂和光束相干性差的问题，在确保测量精准的基础上操作简单，测量迅速。

技术特征：

1.一种涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述涡旋光束拓扑荷数测量系统包括：激光发射单元、分光板、第一反射镜、第二反射镜和测量单元；

2.如权利要求1所述的涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述激光发射单元包括：激光发射器、准直扩束器、偏振片、空间光调制器和第三反射镜；

3.如权利要求2所述的涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述基模高斯光束进入空间光调制器的入射角小于15度；

4.如权利要求1所述的涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述涡旋光束拓扑荷数测量系统，还包括至少一个调节螺母，所述调节螺母设置在所述第二反射镜上；

5.如权利要求1所述的涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述测量单元包括成像设备；

6.如权利要求5所述的涡旋光束拓扑荷数测量系统，其特征在于，所述测量单元还包括分析设备；

7.一种涡旋光束拓扑荷数测量方法，其特征在于，所述涡旋光束拓扑荷数测量方法应用于上述涡旋光束拓扑荷数测量系统，所述涡旋光束拓扑荷数测量方法包括：

8.一种涡旋光束拓扑荷数测量装置，其特征在于，所述涡旋光束拓扑荷数测量装置包括：

9.一种涡旋光束拓扑荷数测量设备，其特征在于，所述涡旋光束拓扑荷数测量设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的涡旋光束拓扑荷数测量程序，所述涡旋光束拓扑荷数测量程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的涡旋光束拓扑荷数测量方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有涡旋光束拓扑荷数测量程序，所述涡旋光束拓扑荷数测量程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的涡旋光束拓扑荷数测量方法。

技术总结
本发明公开了一种涡旋光束拓扑荷数测量系统、方法、装置、设备及介质，涉及光学测量领域，所述系统通过激光发射单元将待测的涡旋光束发射至分光板，分光板将涡旋光束分束为反射涡旋光和透射涡旋光，反射涡旋光反射至第一反射镜，通过第一反射镜反射至分光板的半透半反射膜后，反射涡旋光透射为第一涡旋光，透射涡旋光的光程经过补偿板第一次补偿后透射至第二反射镜，通过第二反射镜反射经补偿板第二次补偿光程后到达分光板的半透半反射膜后，透射涡旋光反射为第二涡旋光，测量单元对两束涡旋光的目标干涉图像进行分析，确定涡旋光拓扑荷数，从而有效地避免了测量操作复杂和光束相干性差的问题，在确保测量精准的基础上操作简单，测量迅速。

技术研发人员：吴思遥,陈玲,张保成
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17