CN102706444A - 一种光旋涡拓扑数测量方法 - Google Patents

一种光旋涡拓扑数测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102706444A
CN102706444A CN2012102092634A CN201210209263A CN102706444A CN 102706444 A CN102706444 A CN 102706444A CN 2012102092634 A CN2012102092634 A CN 2012102092634A CN 201210209263 A CN201210209263 A CN 201210209263A CN 102706444 A CN102706444 A CN 102706444A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lorentz
light
vortex
gaussian beam
linear array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102092634A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102706444B (zh
Inventor
高秀敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Quantitative Sensing Technology (shanghai) Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN201210209263.4A priority Critical patent/CN102706444B/zh
Publication of CN102706444A publication Critical patent/CN102706444A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102706444B publication Critical patent/CN102706444B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本发明公布了一种光旋涡拓扑数测量方法，现有技术方法复杂、测量灵敏度低、容易收到干扰、数据处理复杂。本发明利用含有光旋涡的洛伦兹高斯光束聚焦特性实现光旋涡拓扑数测量，具体就是将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，然后将含有光旋涡的洛伦兹高斯光束通过会聚元件进行聚焦，通过线阵光电传感器检测焦平面上与入射光束偏振相垂直的方向上的光强分布曲线，光强分布曲线的波谷数量即为光旋涡拓扑数，非对称光强分布曲线的波峰比值小数即为分数拓扑数的去整余数。从而实现准确测量光旋涡拓扑数。本发明测量方法简单、便于实现、抗干扰性强、测量准确度高、数据处理简单等特点。

Description

一种光旋涡拓扑数测量方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种光学测量方法，尤其是一种光旋涡拓扑数测量方法。
背景技术
对光旋涡（optical vortex）测量的需求广泛存在于光场分析、波前检测、光学测量、仪器评估、光学微操控等领域。例如，在光场分析中，当光束含有光旋涡时，光旋涡的拓扑数(topological charge)就是十分重要的参量，它不仅关系到相位分布，还很大程度上影响光强分布和光学角动量分布，对拓扑数的测量至关重要。在先技术中，存在光旋涡拓扑数测量方法，参见论文题目measuring the topological charge of integer and fraction vortices using multipoint plates, 发表在期刊《Optical Review》的2011年第18卷第1期, 页码范围 7-12，作者为 Yang-yue Li, Hui Liu, Zi-yang Chen, Ji-xiong Pu, Bao-li Yao,此方法是将还有光旋涡的光束经过有多个小孔构成的圆环形图样的挡光屏，光束经过挡光屏上的多个小孔后发生干涉现象，两维干涉图样收到光旋涡拓扑数的影响，通过分析干涉图样得到光旋涡拓扑数。此方法具有一定的有优点，但是存在本质不足：1）方法实现不便利，存在一定工艺难度，需要制作还有多个小孔的挡光屏，不仅要制作小孔，同时，将多个小孔排列成圆环形，存在一定工艺难度，并且难以避免小孔的定位误差，亦造成拓扑数测量误差，影响检测准确度；2）两维干涉图样不仅与光旋涡的拓扑数有关系，还有小孔的尺寸和排布情况有直接关系，所以通过干涉图样检测光旋涡拓扑数存在较多干扰参量，容易收到干扰，拓扑数测量的精度和准确度低；3）由于两维干涉图样与光旋涡拓扑数没有一个直接明确的相互关系，需要对两维干涉图样进行采集，进行二维图形的分析与处理，需要较为复杂的数据处理过程，使用不便利，限制应用范围。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光旋涡拓扑数测量方法，
本发明的基本构思是：利用含有光旋涡的洛伦兹高斯光束(Lorentz Gaussian beam)聚焦特性实现光旋涡拓扑数测量，具体就是将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，洛伦兹高斯光束是线偏振光束，偏振方向与洛伦兹高斯光束呈现高斯函数分布方向一致，光旋涡中心与洛伦兹高斯光束的对称中心重合，然后将含有光旋涡的洛伦兹高斯光束通过会聚元件进行聚焦，通过线阵光电传感器检测焦平面上与入射光束偏振相垂直的方向上的光强分布曲线，光强分布曲线的波谷数量即为光旋涡拓扑数，非对称光强分布曲线的波峰比值小数即为分数拓扑数的去整余数。从而实现准确测量光旋涡拓扑数。
本发明一种光旋涡拓扑数测量方法具体步骤如下：
步骤(1)：将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，洛伦兹高斯光束是线偏振光束，偏振方向与洛伦兹高斯光束呈现高斯函数分布方向一致，光旋涡中心与洛伦兹高斯光束的对称中心重合；
步骤(2)： 将含有光旋涡的洛伦兹高斯光束作为光学会聚元件的入射光束，并且含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的光轴与光学会聚元件的光轴重合，光学会聚元件对含有光旋涡的洛伦兹高斯光束进行聚焦；
步骤(3)：将线阵光电传感器设置于含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的会聚焦平面的瑞利距离范围内；线阵光电传感器中起到光电转化作用的传感阵列与光学会聚元件的光轴相垂直，并且传感阵列与光学会聚元件的光轴相交，同时，线阵光电传感器中起到光电转化作用的传感阵列与洛伦兹高斯光束的偏振方向垂直；
步骤(4)：线阵光电传感器检测与入射光束偏振相垂直的方向上的光强分布曲线，光强分布曲线的波谷数量即为光旋涡拓扑数，非对称光强分布曲线的波峰比值小数即为分数拓扑数的去整余数，从而实现准确测量光旋涡拓扑数。
所述的相位调制器件是液晶型空间光调制器、非周期性固体微纳结构器件、相位片的一种。
所述的线阵光电传感器是线阵电荷耦合器件（简称CCD）、线阵互补金属氧化物半导体器件（简称CMOS）、光电二极管线阵的一种。
所述的光学会聚元件是会聚透镜、会聚透镜组、反射式会聚镜的一种。
本发明中洛伦兹高斯光束的产生、相位调制器件和线阵光电传感器的使用、光强分布曲线处理技术均为成熟技术。光强分布曲线与光旋涡拓扑数的定量关系可以通过现有光学理论建立起来。本发明的发明点在于将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，利用含有光旋涡的洛伦兹高斯光束聚焦特性，给出一种测量方法简单、便于实现、抗干扰性强、测量准确度高、数据处理简单的光旋涡拓扑数测量方法。
本发明的有益效果： 
1、本发明提供的方法本质上不需要由小孔构成的器件，所使用的均为宏观器件，克服了现有技术中的制作工艺不便利、检测方法复杂的不足，本发明提供的方法具有测量方法简单、便于实现的特点。
2、本发明是将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，利用含有光旋涡的洛伦兹高斯光束聚焦特性检测拓扑数，本质上决定了实现方法简单灵活，结构定位要求低，系统可靠性和稳定性高，可操作性强。
3、本发明中所检测到的光强分布曲线与拓扑数存在直接明显的对应关系，根本不需要复杂的数据处理，数据处理简单，使用便利，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明中一种实施方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种光旋涡拓扑数测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：如图1所示，将被检测光旋涡利用相位调制器件2引入由激光二极管1产生洛伦兹高斯光束，洛伦兹高斯光束是线偏振光束，偏振方向与洛伦兹高斯光束呈现高斯函数分布方向一致，光旋涡中心与洛伦兹高斯光束的对称中心重合。相位调制器件2采用德国Holoeye公司的基于液晶的相位型空间光调制器，相位调制器件2在使用过程中有一个控制器5与其相连接，被检测的光旋涡的拓扑数可硬通过相位调制器件2进行调节。
步骤(2)：将含有光旋涡的洛伦兹高斯光束作为光学会聚元件4的入射光束，并且含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的光轴与光学会聚元件4的光轴重合，光学会聚元件4对含有光旋涡的洛伦兹高斯光束进行聚焦。本实施例中，光学会聚元件4采用会聚透镜组，由两个透镜组成的双胶合透镜组，直径51.8毫米，焦距为200毫米。
步骤(3)：将线阵光电传感器4设置于含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的会聚焦平面的瑞利距离范围内；线阵光电传感器4中起到光电转化作用的传感阵列与光学会聚元件3的光轴垂直，并且与光学会聚元件3的光轴相交，同时，线阵光电传感器4中起到光电转化作用的传感阵列与洛伦兹高斯光束的偏振方向垂直。其中线阵光电传感器4采用1014像素点的线阵CCD光电传感器，设置在光学会聚元件3的焦平面上。
步骤(4)：线阵光电传感器检测到与入射光束偏振相垂直的方向上的光强分布曲线，光强分布曲线的波谷数量就是光旋涡拓扑数，非对称光强分布曲线的波峰比值小数即为分数拓扑数的去整余数，实现了准确测量光旋涡拓扑数。本实施例中，首先进行了整数拓扑数的测量，成功实现了1、2、3、4等整数光旋涡拓扑数检测，其次进行了分数光旋涡拓扑数测量，成功实现了1.5、2.5、3.5、4.5等分数光旋涡拓扑数测量。

Claims (4)

1. 一种光旋涡拓扑数测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：将被检测光旋涡利用相位调制器件引入洛伦兹高斯光束，洛伦兹高斯光束是线偏振光束，偏振方向与洛伦兹高斯光束呈现高斯函数分布方向一致，光旋涡中心与洛伦兹高斯光束的对称中心重合；
步骤(2)： 将含有光旋涡的洛伦兹高斯光束作为光学会聚元件的入射光束，并且含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的光轴与光学会聚元件的光轴重合，光学会聚元件对含有光旋涡的洛伦兹高斯光束进行聚焦；
步骤(3)：将线阵光电传感器设置于含有光旋涡的洛伦兹高斯光束的会聚焦平面的瑞利距离范围内；线阵光电传感器中起到光电转化作用的传感阵列与光学会聚元件的光轴相垂直，并且传感阵列与光学会聚元件的光轴相交，同时，线阵光电传感器中起到光电转化作用的传感阵列与洛伦兹高斯光束的偏振方向垂直；
步骤(4)：线阵光电传感器检测与入射光束偏振相垂直的方向上的光强分布曲线，光强分布曲线的波谷数量即为光旋涡拓扑数，非对称光强分布曲线的波峰比值小数即为分数拓扑数的去整余数，从而实现准确测量光旋涡拓扑数。
2.根据权利要求1所述的一种光旋涡拓扑数测量方法，其特征在于：所述的相位调制器件是液晶型空间光调制器、非周期性固体微纳结构器件、相位片的一种。
3.根据权利要求1所述的一种光旋涡拓扑数测量方法，其特征在于：所述的线阵光电传感器是线阵电荷耦合器件、线阵互补金属氧化物半导体器件、光电二极管线阵的一种。
4.根据权利要求1所述的一种光旋涡拓扑数测量方法，其特征在于：所述的光学会聚元件是会聚透镜、会聚透镜组、反射式会聚镜的一种。
CN201210209263.4A 2012-06-25 2012-06-25 一种光旋涡拓扑数测量方法 Active CN102706444B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210209263.4A CN102706444B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 一种光旋涡拓扑数测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210209263.4A CN102706444B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 一种光旋涡拓扑数测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102706444A true CN102706444A (zh) 2012-10-03
CN102706444B CN102706444B (zh) 2014-08-13

Family

ID=46899394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210209263.4A Active CN102706444B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 一种光旋涡拓扑数测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102706444B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103983367B (zh) * 2014-04-30 2017-01-25 河南科技大学 基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法
CN109870890A (zh) * 2019-01-11 2019-06-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种具有分数阶涡旋轮廓的整数阶涡旋光束相位掩模板及光路系统
WO2021174476A1 (zh) * 2020-03-05 2021-09-10 深圳大学 聚焦涡旋光发生器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201637965U (zh) * 2010-02-08 2010-11-17 中国计量学院 一种螺旋锥面光束产生装置
US20110149251A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Microvision, Inc. Diffractive Optical Element Having Periodically Repeating Phase Mask and System for Reducing Perceived Speckle
CN202018537U (zh) * 2011-04-20 2011-10-26 中国计量学院 一种基于波前相位调制的光镊装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110149251A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Microvision, Inc. Diffractive Optical Element Having Periodically Repeating Phase Mask and System for Reducing Perceived Speckle
CN201637965U (zh) * 2010-02-08 2010-11-17 中国计量学院 一种螺旋锥面光束产生装置
CN202018537U (zh) * 2011-04-20 2011-10-26 中国计量学院 一种基于波前相位调制的光镊装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENG-SHAN GUO ET AL: "Characterizing topological charge of optical vortices by using an annular aperture", 《OPTICS LETTERS》 *
GUANG-HOON KIM ET AL: "Optical vortices produced with a nonspiral phase plate", 《APPLIED OPTICS》 *
YUJING HAN ET AL: "Mearsuring the topological charge of optical vortices with an axicon", 《OPTICS LETTERS》 *
李劲松等: "带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的梯度力", 《HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS》 *
李劲松等: "非螺旋型相位片对高斯光束的调制效应", 《LASER JOURNAL》 *
李阳月: "涡旋光束拓扑电荷数的测量", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103983367B (zh) * 2014-04-30 2017-01-25 河南科技大学 基于光强分析的分数阶涡旋光束拓扑荷值测量方法
CN109870890A (zh) * 2019-01-11 2019-06-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种具有分数阶涡旋轮廓的整数阶涡旋光束相位掩模板及光路系统
CN109870890B (zh) * 2019-01-11 2020-06-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种具有分数阶涡旋轮廓的整数阶涡旋光束相位掩模板及光路系统
WO2021174476A1 (zh) * 2020-03-05 2021-09-10 深圳大学 聚焦涡旋光发生器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102706444B (zh) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104236856B (zh) 物镜成像系统的波像差检测装置及其系统误差校正方法
CN101832760B (zh) 一种远距离三维微小形变视觉在线监测方法和系统
CN203216702U (zh) 长焦距光学系统的焦距测量装置
CN201622345U (zh) 一种激光测距装置
CN105424322A (zh) 自校准光轴平行性检测仪及检测方法
CN104613900A (zh) 一种全光路光漂补偿的高精度滚转角测量方法与装置
CN103293529B (zh) 激光测距装置
CN105444700A (zh) 一种多波长多光轴平行度检测装置及检测方法
CN202938795U (zh) 一种微小角度的激光测量装置
CN104457600A (zh) 一种光纤准直器阵列的测试装置
CN101013030A (zh) 基于微透镜阵列的激光光束发散角测试方法
CN108317970A (zh) 光线入射角度的测量系统及方法
CN201974214U (zh) 基于线阵ccd与透明管的液位测量装置
CN102589428A (zh) 基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法和装置
CN102706444B (zh) 一种光旋涡拓扑数测量方法
CN106969719A (zh) 一种光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置
CN102706447A (zh) 一种激光探测系统会聚光斑质量测试方法
CN109631758A (zh) 样品中心的检测装置及检测方法
CN102721476B (zh) 基于psd阵列的大口径高速红外激光测量装置
CN104714289A (zh) 一种光路放大的自动对焦装置
CN102269582B (zh) 一种空间三维角度测量装置
CN103090966A (zh) 一种采用单一光电探测器的激光光强分布精确测量系统
CN203772260U (zh) 一种光纤激光测距光机系统
CN111272074A (zh) 基于激光追踪测量系统的位置敏感探测器模型建立方法
CN105806240A (zh) 基于光学传递函数的同时测量多个绝对距离的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190301

Address after: Room 2205, 7th floor, 111 Fengpu Avenue, Fengxian District, Shanghai 201400

Patentee after: Quantitative Sensing Technology (Shanghai) Co., Ltd.

Address before: 310018 2 street, Xiasha Higher Education Park, Hangzhou, Zhejiang

Patentee before: Hangzhou Electronic Science and Technology Univ