CN111121961A - 一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置。实施步骤是：激光器产生波长稳定的线偏振光照射已经加载全息图的空间光调制器A面液晶屏，其反射后的一级衍射光射入分束器BS，其透射光射入第一CCD检测器。其反射光射入反射镜并经第一透镜射入空间光调制器B面液晶屏，其反射后的一级衍射光射入第二透镜，并经第二透镜出射后被第二CCD检测器接收。本发明所提供的数字型关联涡旋光可应用于光学成像等领域。本发明所提供的装置产生的为数字型关联涡旋光，可调维度丰富，并且产生和检测光源可以同时进行，简单便捷。本发明所提供的装置只有一个空间光调制器，光学器件数目少，布局简单。
Description
技术领域
本发明提供一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置。该装置可以在一个空间光调制器的基础上同时产生和检测出关联涡旋光的相位、振幅，从而判断出关联涡旋光的相干奇点，属于光学成像领域。
背景技术
涡旋光在量子光学、自由空间光通信等诸多领域有着广泛的应用。具有连续螺旋状相位波前，且中心光强为零的奇异光束，此外涡旋光束还带有轨道角动量，因其在传播和与介质相互作用中表现出的特性而具有较大的应用前景。
部分相干光在光学成像、波前传感、光学捕获等领域都起着重要的作用。具有特定相干函数的部分相干光，因其在传播和与介质相互作用中表现出的特性而具有较大的应用前景。
文献[XINGYUAN LU,et.al“Phase detection of coherence singularities anddetermination of the topological charge of a partially coherent vortex beam”,Appl.Phys.Lett.114,201106(2019)；doi:10.1063/1.5095713]报道了一种利用光强分布测量关联相位的方法，同时检测出了部分相干涡旋光拓扑荷大小和符号。然而，此文献使用的光源是用毛玻璃产生的非数字型涡旋光，实验成本高，校准要求高。另外此文献装置庞大，光学器件数目较多，利用了两个空间光调制器来进行相位检测，价格昂贵。
在先技术方案中产生关联涡旋光源和检测此光源是分开进行的，且检测对象是非数字型关联光场。目前尚未有利用一个空间光调制器对数字型关联光场同时进行产生和检测的方法及装置。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置。本发明所提供的装置可直接利用一个空间光调制器同时产生和检测数字型关联涡旋光，通过调控空间光调制器上的全息相图，使其产生数字型关联涡旋光，同时可实现对光束相位和振幅的检测。本发明所提供的装置产生的是数字型关联涡旋光，可以精确调控关联振幅和相位。并且，本发明利用一个空间光调制器去产生和检测关联涡旋光场，光学器件数目少，成本低，布局简单，对操作人员的技术要求较低。
实现本发明目的的技术方案是提供一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置，包括以下步骤：
(1)计算机产生一种特殊的数字全息相图；该数字全息相图分为AB两个面；A面是能够产生以下光场的全息相图：
其中x和y是光场中的某一空间点，xj和yj代表扰动点的坐标，w是光束的束腰半径，θj是扰动点的相位，L代表光源拓扑荷的值；M是子光场叠加的数量；全息相图的扰动相位θj值由程序随机分配，彼此之间没有关联；空间光调制器A面相图产生数字型关联涡旋光；空间光调制器B面是产生参考点的全息相图：
uB(x,y)＝P×δ(x-xp,y-yp)
其中，(xp,yp)为附加相位参考点坐标，P是参考点相位，δ是狄拉克函数；
(2)AB部分拼接成一张完整的全息图片，重复所述步骤(1)，产生一系列完整的全息图片；上述一系列全息片在空间光调制器进行动态播放；
(3)将第一计算机与空间光调制器连接，第一CCD检测器和第二CCD检测器与第二计算机连接；打开激光器产生波长稳定的线偏振光，调整激光器出射光的偏振面使其与空间光调制器匹配；
(4)激光器的光束照射空间光调制器A面液晶屏，此时通过第一计算机在空间光调制器上加载全息图；所述激光束经空间光调制器A面液晶屏反射后的一级衍射光即是数字型关联涡旋光；所述数字型关联涡旋光射入分束器BS，其透射光射入第一CCD检测器，观察其光强信息；所述BS分束器的反射光射入反射镜，并进入后续相位检测光路；
(5)所述反射镜的反射光射入第一透镜；所述第一透镜的焦平面处放置空间光调制器B面；射入空间光调制器的光经B面液晶屏反射后，其一级衍射光成为内含参考点的数字型关联涡旋光；上述光射入第二透镜；所述空间光调制器的B面位于所述第二透镜的焦面处；从所述第二透镜出射后的光场被第二CCD检测器接收；所述第二CCD检测器到所述第二透镜的距离是焦距；所述第二CCD检测器通过第二计算机记录1000张内含参考点的数字型关联涡旋光的光强数据并进行平均，得到一张基于参考点相位P的平均光强图片；
(6)修改所述步骤(1)中参考点相位P为-P，并重复步骤(1)至(5)，获得一张基于参考点相位-P的平均光强图片；修改所述步骤(1)中参考点相位P为0，并重复步骤(1)至(5)，获得一张基于参考点相位0的平均光强图片；
(7)利用上述获得的基于参考点相位P，基于参考点相位-P，基于参考点相位0的三张平均光强图片，计算所述数字型关联涡旋光的关联相位和振幅分布。
本发明的有益效果是：
1.本发明提出一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置。本发明提出的装置适用于检测涡旋光的相位、振幅和拓扑荷。
2.本发明所采用的装置光路简单，测量方法直观，数据处理方便。
3.通过控制加载至空间光调制器的全息相位图的参数，可以达到调整光源关联结构的目的，无需借助额外的光学器件，被调控模式间不会发生相互干扰。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，也是本发明较好的应用形式，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，它是本实施例提供的一种同时产生和检测关联数字涡旋光的装置的结构示意图：它包括激光器1；空间光调制器A面2；分束器3；反射镜4；第一透镜5；空间光调制器B面6；第二透镜7；第二CCD检测器8；第一CCD检测器9；第一计算机10；第二计算机11。
本实施例中，打开激光器1产生波长稳定的线偏振光，调整激光器1出射光的偏振面使其与空间光调制器A面2匹配；将光场E(x,y)＝(x+iy)Lexp[-(x-xi)2+(y-yj)2/w2]eiθ和uB(x,y)＝P×δ(x-xp,y-yp)产生的全息图片通过第一计算机10加载到空间光调制器的液晶屏上；激光束经空间光调制器A面2液晶屏反射后的一级衍射光即是数字型关联涡旋光；所述数字型关联涡旋光射入分束器BS3，其透射光射入第一CCD检测器9，利用第二计算机11观察其光强信息；所述BS3分束器的反射光经反射镜4射入第一透镜5；所述第一透镜5的焦平面处放置空间光调制器B面6；射入空间光调制器的光经B面6液晶屏反射后，其一级衍射光成为内含参考点的数字型关联涡旋光；上述光射入第二透镜7；所述空间光调制器的B面位于第二透镜7的焦面处；上述光束从所述第二透镜7出射后被第二CCD检测器8接收；所述第二CCD检测器8到第二透镜7的距离是焦距；所述第二CCD检测器8通过第二计算机11记录1000张内含参考点的数字型关联涡旋光的光强数据并进行平均，通过改变参考点P相位的值，重复上述过程，由第二计算机11获得三张参考点相位不同的平均光强图片。
本实施例中，改变全息图中的拓扑荷L的值，重新得到一组全息相图；将重新获得的全息相图加载至空间光调制器上进行动态播放；由第二计算机11观察不同拓扑荷的值改变后第二CCD检测器8和第一CCD检测器9上获取的平均光强情况；记录每次平均光强的数据，计算所述数字型关联涡旋光的关联相位和振幅分布。
Claims (5)
1.一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置由激光器(1)、空间光调制器A面(2)、分束器(3)、反射镜(4)、第一透镜(5)、空间光调制器B面(6)、第二透镜(7)、第二CCD检测器(8)、第一CCD检测器(9)、第一计算机(10)、第二计算机(11)组成；其特征在于：将提前制作好的全息图片通过第一计算机(10)加载到空间光调制器的液晶屏上；激光束经空间光调制器A面(2)液晶屏反射后的一级衍射光即是数字型关联涡旋光；上述数字型关联涡旋光射入分束器BS(3)，其透射光射入第一CCD检测器(9)，利用第二计算机(11)观察其光强信息；所述分束器BS(3)的反射光经反射镜(4)射入第一透镜(5)；所述第一透镜(5)的焦平面处放置空间光调制器B面(6)；射入空间光调制器的光经所述B面(6)液晶屏反射后，其一级衍射光成为内含参考点的数字型关联涡旋光；上述光射入第二透镜(7)；所述空间光调制器B面的位于第二透镜(7)的焦面处；上述光束从所述第二透镜(7)出射后被第二CCD检测器(8)接收；所述第二CCD检测器(8)到第二透镜(7)的距离是焦距；所述第二CCD检测器(8)通过第二计算机(11)记录1000张内含参考点的数字型关联涡旋光的光强数据并进行平均，通过改变参考点P相位的值，重复上述过程，由第二计算机(11)获得三张参考点相位不同的平均光强图片。
2.根据权利要求1所述的一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置，其特征在于：加载到空间光调制器A面(2)和空间光调制器B面(6)所加载的全息图片在一张上面，且反射出来的光为数字型关联涡旋光。
3.根据权利要求1所述的一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置，其特征在于：所述装置中由空间光调制器A面(2)产生数字型关联涡旋光和空间光调制器B面(6)去检测此光源，产生和检测在同一个空间光调制器上进行。
4.根据权利要求1所述的一种同时产生和检测数字型涡旋光的装置，其特征在于：入射到分束器(3)上面的衍射光为一级衍射光。
5.根据权利要求1所述的一种同时产生和检测数字型关联涡旋光的装置，其特征在于：第一透镜(5)与空间光调制器B面(6)的距离为第一透镜(6)的焦距f1，空间光调制器B面(6)与第二透镜(7)为第二透镜(7)的焦距f2，第二透镜(7)与第二CCD检测器(8)为第二透镜(7)的焦距f2。
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| CN202975600U (zh) * | 2012-11-23 | 2013-06-05 | 苏州大学 | 一种部分相干涡旋光束的测量装置 |
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| CN207798009U (zh) * | 2017-12-04 | 2018-08-31 | 中国计量大学 | 一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置 |
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