CN111221132B - 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置 - Google Patents

一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111221132B
CN111221132B CN201911139420.7A CN201911139420A CN111221132B CN 111221132 B CN111221132 B CN 111221132B CN 201911139420 A CN201911139420 A CN 201911139420A CN 111221132 B CN111221132 B CN 111221132B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fan
lens
light
vortex
aperture
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.)
Active
Application number
CN201911139420.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111221132A (zh
Inventor
沈锋
唐奥
兰斌
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.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
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 Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201911139420.7A priority Critical patent/CN111221132B/zh
Publication of CN111221132A publication Critical patent/CN111221132A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111221132B publication Critical patent/CN111221132B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种扇形子孔径微透镜列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置，本发明的核心元件是扇形子孔径微透镜阵列，呈圆对称分布，其子透镜为扇形状，更好的契合涡旋光束的螺旋相位结构。待测涡旋光束入射到扇形子孔径微透镜阵列上，经过扇形子孔径微透镜阵列分割聚焦后，在其焦平面上得到光斑阵列，通过分析计算光斑阵列的光斑偏移方向和偏移量大小，可以得到涡旋光束拓扑荷数的符号和大小。不同于传统的方形子孔径微透镜阵列，使用扇形子孔径微透镜阵列误差更小，相比于传统的干涉法和衍射法本发明不用引入额外的参考光束，而且能对拓扑荷数较大的涡旋光束进行测量，测量方法简单快速，测量装置更直观简洁。

Description

一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和 装置
技术领域
本发明属于光学测量领域，涉及一种测量涡旋光束拓扑荷数的方法，具体涉及一种使用扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置
背景技术
涡旋光束是具有螺旋形相位结构的一种特殊光场，在其传播方向的光轴上强度为零且存在相位奇点，每个光子都携带有轨道角动量。早在1992年，Allen等人证明了复振幅表达式中含有相位项
Figure BDA0002280497300000011
的光束具有
Figure BDA0002280497300000014
大小的轨道角动量(orbital angularmomentum,OAM)，其中l为量子数或拓扑荷数，其物理意义表示围绕光束中心旋转一周，相位变化2πl，拓扑荷数的符号表示不同的相位螺旋方向；
Figure BDA0002280497300000012
为角向坐标，定义为
Figure BDA0002280497300000013
由于涡旋光束携带有OAM的性质，使得其在粒子俘获与操纵、光通信、物体探测等领域有着广泛的应用。因此在各应用中，测量涡旋光束的OAM值具有非常重要的意义，即测量其拓扑荷数。
国内外学者在测量涡旋光束拓扑荷数上做了很多研究，目前测量方法主要以干涉法和衍射法为主。衍射法主要是通过设计各类衍射元件(衍射孔、衍射光栅、衍射屏)，干涉法主要是将待测涡旋光束与其他光束(平面波、球面波等)干涉，这两类方法都是通过衍射或干涉图样来判断涡旋光束的拓扑荷数大小和符号。干涉法需要理想的参考光束，光路复杂，且容易受环境干扰，而衍射法要使用特殊的衍射元件。这两类方法针对拓扑荷数为整数且较小的涡旋光束能够很好的测量，对于大拓扑荷数的涡旋光束，衍射法和干涉法由于环境的干扰和衍射干涉图样的密集条纹分布，会使测量结果误差增大。
有关微透镜阵列测量涡旋光束的拓扑荷数，最早在2007年，F.A.Starikov等人使用夏克-哈特曼波前探测器对拓扑荷数为1拉盖尔-高斯光束进行了波前探测，并做了波前复原，(Starikov F A,Kochemasov G G,Kulikov S M,et al.Wavefront reconstructionof an optical vortex by a Hartmann-Shack sensor[J].Optics letters,2007,32(16):2291-2293.)，使用的是方形子孔径的微透镜阵列，但测量误差比较大。
发明内容
本发明的目的在于为了解决以上的不足，根据涡旋光束特殊的螺旋相位结构，提出了使用扇形子孔径微透镜阵列来测量涡旋光束拓扑荷数。避免了使用干涉法和衍射法受环境影响较大的缺点，和减少了使用方形子孔径微透镜阵列带来的误差。是一种测量方便，简单快捷的测量涡旋光束拓扑荷数大小和符号的方法。
本发明采用的技术方案为：
一种测量涡旋光束拓扑荷数的扇形子孔径微透镜阵列，不同于方形子孔径微透镜阵列，扇形子孔径微透镜阵列为环形排布，每个环上再等分为相同大小的扇形透镜，成圆对称分布。n×n的扇形微透阵列有n/2个环带，每个环带上有(2m-1)×4个扇形微透镜，最里面的到最外围的环带有依次为第1、第2、...、第m个环带，m＝1、2、...、n/2，一共有n2个扇形微透镜，n为偶数。
一种测量涡旋光束拓扑荷数的方法，步骤如下：
步骤1：待测涡旋光束垂直入射到扇形微透镜阵列，由于其子透镜为扇形状，所以微透镜阵列先对波前进行分割，将波前分割成一个个扇形子波前，每个子波前经过对应的扇形子透镜进行聚焦，在其焦平面上得到光斑阵列，由于其螺旋的相位分布，聚焦的光斑会偏离光轴；
步骤2：使用置于扇形子孔径微透镜阵列焦平面上的电荷耦合器件记录产生的光斑阵列；
步骤3：根据电荷耦合器件上所得的光斑阵列，使用计算机通过质心算法分析得到光斑偏移的方向和偏移量大小，得到待测涡旋光束的拓扑荷数大小和符号。
一种测量涡旋光束拓扑荷数的装置，包括激光器1、衰减片2、显微物镜3、针孔滤波器4、准直透镜5、空间光调制器6、光阑7、第一透镜8、第二透镜9、扇形子孔径微透镜阵列10、电荷耦合器件11、计算机12；激光器1和空间光调制器6之间依次设有衰减片2、显微物镜3和针孔滤波器4组成的滤波器和准直透镜5；空间光调制器6和电荷耦合器件9之间依次设有光阑7、第一透镜8、第二透镜9和扇形子透镜微透镜阵列10；电荷耦合器件11与计算机12相连。
所述衰减片2置于激光器发出的激光光路中，用于衰减激光光强，保证入射到电荷耦合器件上的光子数不会超出其动态范围。
所述的显微物镜3和针孔滤波器4组成滤波系统，用于滤去激光器发出的高频杂光。
所述的准直透镜5置于针孔滤波器后方的激光光路中，用于准直滤波后的光束。
所述的空间光调制器6加载产生所需的涡旋光束的全息图，生成不同拓扑荷数的涡旋光束。
所述的孔径光阑7置于空间光调制器6后，用于滤除其他衍射级次的光束和杂散光。
所述的第一透镜8和第二透镜9组成扩束(缩束)系统，置于孔径光阑7后的光路中，用于调节光束尺寸，调节之后的光束直径d2＝d1f2/f1，d1为经过孔径光阑7的光束的直径，f1,f2分别为第一透镜8和第二透镜9的焦距。
所述的扇形子孔径微透镜阵列10置于孔径光阑后的光路中，用于测量待测涡旋光束，其排布方式不局限于n×n的排布，可以是子透镜为扇形的其他排布方式。
所述的电荷耦合器件11置于扇形子孔径微透镜阵列10的焦平面上，用于接收每个子孔径聚焦的光斑。
所述的计算机12与电荷耦合器件11相连，显示来自电荷耦合器件接收的焦平面处的光斑阵列，并计算得到光斑阵列的光斑偏移方向和偏移量，进而得到涡旋光束的拓扑荷数。
本发明具有以下有益效果：
(1)与使用干涉法和衍射法相比，使用扇形微透镜阵列不用通过数条纹的方式来得到涡旋光束的拓扑荷数，还能够测量大拓扑荷数的涡旋光束，测量简单，操作方便，不用引入额外的参考光束。
(2)与使用方形子孔径微透镜阵列相比，对相同尺寸的光束面积进行探测，由于扇形子孔径微透镜阵列的圆对称分布更契合圆形光束，所以使用扇形子孔径微透镜阵列的光能利用率更高。
(3)由于涡旋光束的相位呈螺旋结构，且其相位斜率呈环形分布，使用方形子孔径微透镜阵列对所有有效子孔径区域的数据进行求平均得到的结果，而使用扇形子孔径微透镜阵列可以分别对每个环的数据进行分析，能够减小误差。
附图说明
图1是不同尺寸扇形子孔径微透镜阵列。
图2是是拓扑荷数为3的涡旋光束的相位图、相位斜率图以及相位斜率横截面图，其中，图2(a)是拓扑荷数为3的涡旋光束的相位图，图2(b)是拓扑荷数为3的涡旋光束的相位斜率图，图2(c)是拓扑荷数为3的涡旋光束的相位斜率横截面图。
图3是拓扑荷数为1、-1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列的分割后的相位斜率矢量分布图，其中，图3(a)是拓扑荷数为1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列的分割后的相位斜率矢量分布图，图3(b)是拓扑荷数为-1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列的分割后的相位斜率矢量分布图。
图4是本发明测量涡旋光束的装置结构示意图。
图5是拓扑荷数为1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列图及测量结果，图5(a)是拓扑荷数为1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列图，图5(b)是拓扑荷数为1的涡旋光束测量结果。
图6是拓扑荷数为20的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列图及测量结果，图6(a)是拓扑荷数为20的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列图，图6(b)是拓扑荷数为20的涡旋光束测量结果。
图4中：1-激光器，2-衰减片，3-显微物镜，4-针孔滤波器，5-准直透镜，6-空间光调制器，7-孔径光阑，8-第一透镜，9-第二透镜，10-扇形子孔径微透镜阵列，11-电荷耦合器件，12-计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。
本发明用于测量涡旋光束的拓扑荷数。其中核心光学元件为扇形子孔径微透镜阵列，如图1所示的不同尺寸扇形子孔径微透镜阵列，其为圆对称分布，每个子透镜为扇形。n×n的扇形微透阵列有n/2个环带，每个环带上有(2m-1)×4个扇形微透镜，最里面的到最外围的环带有依次为第1、第2、...、第m个环带，m＝1、2、...、n/2，一共有n2个扇形微透镜，n为偶数。当待测涡旋光束照射到扇形子孔径微透镜阵列上时，其螺旋波前被分割成对应扇形子孔径的扇形子波前，每个子波前经过子透镜在微透镜阵列的焦面处聚焦。由于涡旋光束的螺旋形波前，且拓扑荷数符号不同的涡旋光束，其波前的螺旋方向也不同，所以每个子波前不再是理想的平面波前，而是扭曲状的，聚焦的光斑也会偏离光轴，且不同拓扑荷数的涡旋光束的波前的螺旋程度也不一样，所以可以通过分析光斑阵列的光斑偏移方向和偏移量来得到涡旋光束拓扑荷数的大小和符号。
如图2所示，图2(a)为拓扑荷数为3涡旋光束相位，为螺旋结构，对其相位面求导，得到其波前的相位斜率分布，如图2(b)所示，表达式为：
G＝lλ/(2πr) (1)
式中，l为涡旋光束拓扑荷数，λ为涡旋光束的波长，r为相位面上某点到奇异点的距离。从上式中可以看出，涡旋光束的相位斜率只与光斑半径r有关，所以其相位斜率呈环形分布，即相位面上以奇异点为圆心的圆上所有点的斜率都相等。微透镜阵列成圆对称分布也是为了契合这一特征。从(1)式中，可以得到不同拓扑荷数的涡旋光束具有不同的相位斜率分布，且在相同位置，相位斜率与拓扑荷数l成正比，所以可以通过测量光斑的偏移量来得到相位斜率的大小，进而得到涡旋光束的拓扑荷数的大小。
图2(c)为拓扑荷数为3涡旋光束相位斜率的剖面图，其相位斜率与半径r呈反比例分布，且越靠近光斑中心，相为斜率的变化率就越大，而使用微透镜阵列测量波前斜率，得到的是每个子透镜对应区域内波前的平均斜率，所以该区域内的相位斜率变化越大，所得的平均斜率与实际斜率的误差就越大，这时可以根据不同的应用场景的光斑大小来选择合适尺寸的扇形子孔径微透镜阵列，来减小误差。
如图3所示，图3(a)为拓扑荷数为1的涡旋光束经过分割后的相位斜率矢量图，当涡旋光束的拓扑荷数符号为正的时候，相位螺旋方向为顺时针方向，所以被分割的相位斜率的矢量方向是顺时针方向；图3(b)为拓扑荷数为-1的涡旋光束经过分割后的相位斜率矢量图，拓扑荷数符号为负时，相位螺旋方向为逆时针方向，所以被分割的相位斜率的矢量方向是逆时针方向。相位斜率矢量方向表示焦平面上光斑的偏离光轴的方向，所以当焦平面上电荷耦合器件接收的光斑阵列的光斑偏移方向为顺时针时，可以得到涡旋光束的拓扑荷数符号为正，光斑偏移方向为逆时针时，可以得到涡旋光束的拓扑荷数符号为负。
每个扇形子透镜对应区域的子波前的平均斜率可由光斑的偏移量得到：
Figure BDA0002280497300000051
式中，f为扇形子孔径微透镜阵列的焦距，Δdi是第i个子透镜聚焦光斑的偏移量，光斑的偏移量可通过质心算法得到。
结合(1)(2)式，可得到涡旋光束拓扑荷数的表达式：
Figure BDA0002280497300000052
式中，rm是第m环的平均半径，li是利用第i个子透镜的光斑信息求得的涡旋光束的拓扑荷数。
由(1)式可得，以光斑中心的相位奇点为圆心的圆上的点的相位斜率都相等，而且扇形子孔径微透镜阵列呈圆对称分布，因此，为了避免单个子透镜在带来的误差不确定性，可对每一环上的各子透镜对应区域求得拓扑荷数取平均，这样每个环求得的拓扑荷数可表示为：
Figure BDA0002280497300000053
如图4所示，为扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的装置结构示意图。
激光器1发出的激光经过衰减片后依次经过显微物镜3和针孔滤波器4，经准直透镜5后入射到空间光调制器6上，经空间光调制器6上加载的相位图调制后，再经过孔径光阑7滤去其他级次的衍射光后，得到所需要的涡旋光束。
显微物镜3和针孔滤波器4组成滤波系统，用于滤去激光器发出的其他波段的杂光。准直透镜5用于准直光束，准之后的光束进过空间光调制器6衍射产生不同级次的涡旋光束，调制孔径光阑7的位置可选取不同级次的涡旋光束(对应不同拓扑荷数的涡旋光束)。
本实施特例中，使用空间光调制器5产生涡旋光，实际应用中，还可以采用螺旋相位板、Q板或光纤等方法来产生所需要的涡旋光束。
第一透镜8和第二透镜9组成扩束(缩束)系统，置于孔径光阑7后的光路中，用于调节涡旋光束的尺寸，调节之后的光束直径d2＝d1f2/f1，d1为经过孔径光阑7的光束的直径，f1,f2分别为第一透镜8和第二透镜9的焦距。当f1＞f2时，为缩束系统，当f1＜f2时，为扩束系统。
扇形子孔径微透镜阵列10置于第二透镜9后，调节好后的涡旋光束入射到扇形子孔径微透镜阵列10上，其波前经过分割后分别聚焦，在其焦平面上得到光斑阵列，然后被电荷耦合器件11接收，并显示在计算机11上，通过计算机11计算光斑阵列的光斑偏移量和偏移方向，可得到涡旋光束拓扑荷数的大小和符号。
实施例1：拓扑荷数为1的涡旋光束测量。
图5(a)为拓扑荷数为1的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列图。对光斑阵列进行分析计算，首先对每个子孔径内的光斑进行质心提取，由于涡旋光束为空心光束，透镜中心附近几个环的子透镜可能没有光通过，并没有有效的光学信息，而对整个区域进行全局扫描，会降低运算速度，因此，先以透镜阵列为中心进行径向扫描，当所扫描子透镜对应区域有光斑信息时，进行质心提取，并进行环向扫描，得到每个环上子透镜对应区域的光斑的质心位置，当扫描区域再次出现没有光斑信息时，停止扫描，这样避免了无效区域的信息处理，提高了运算速度。然后将求得的光斑的质心位置与定标的光斑质心位置相减，即可得到光斑的偏移方向和偏移量，再带入公式(4)中，即可得出每个环求得的涡旋光束的拓扑荷数。
图5(b)为拓扑荷数为1的涡旋光束测量结果，由于涡旋光束的相位斜率越靠近光板中心的奇异点，相位斜率变化越大，离奇异点越远，相为斜率变化越缓，所以离透镜阵列中心越远的环，测量误差越小。理论上，透镜阵列最外环计算得到的结果误差是最小的，实际中，考虑到最外环的光强较弱，易受旁瓣的影响等因素，因此，取倒数第二个外环的结果作为最终的测量结果，则拓扑荷数为1的涡旋光束测量结果为l＝0.9959。
实施例2,：拓扑荷数为20的涡旋光束的测量。
图6(a)为拓扑荷数为20的涡旋光束经过扇形子孔径微透镜阵列后的光斑阵列，由于大拓扑荷数涡旋光束光斑中空区域比较大，所以图6(a)中的中心无效区域的面积也更大，同样采用实施例1中的处理方法，减少了无效区域的扫描。图6(b)为其测量结果，同理，最终的测量结果为l＝19.9879。
本发明根据涡旋光束的螺旋相位结构，提出一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法。通过实施例1、实施例2，可以看出，本发明可以十分方便，快速的得到待测涡旋光束的拓扑荷数的大小和符号，而且不需要额外的参考光束，不用通过数条纹或光斑数量的方式，对拓扑荷数较大的涡旋光束也能直接测量。
本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法，所述的扇形子孔径微透镜阵列：不同于方形子孔径微透镜阵列，扇形子孔径微透镜阵列为环形排布，每个环上再等分为相同大小的扇形透镜，成圆对称分布，n×n的扇形微透阵列有n/2个环带，每个环带上有(2m-1)×4个扇形微透镜，最里面的到最外围的环带有依次为第1、第2、...、第m个环带，m＝1、2、...、n/2，一共有n2个扇形微透镜，n为偶数，其特征在于，步骤如下：
步骤1：待测涡旋光束入射到扇形微透镜阵列，由于其子透镜为扇形状，所以微透镜阵列先对波前进行分割，将波前分割成一个个扇形子波前，每个子波前经过对应的扇形子透镜进行聚焦，在其焦平面上得到光斑阵列，由于其螺旋的相位分布，聚焦的光斑会偏离光轴；
步骤2：使用置于扇形子孔径微透镜阵列焦平面上的电荷耦合器件记录产生的光斑阵列；
步骤3：根据电荷耦合器件上所得的光斑阵列，使用计算机通过质心算法分析得到光斑偏移的方向和偏移量大小，得到待测涡旋光束的拓扑荷数大小和符号。
2.一种实现权利要求1所述的扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数方法的装置，其特征在于：包括激光器(1)、衰减片(2)、显微物镜(3)、针孔滤波器(4)、准直透镜(5)、空间光调制器(6)、孔径光阑(7)、第一透镜(8)、第二透镜(9)、扇形子孔径微透镜阵列(10)、电荷耦合器件(11)、计算机(12)；激光器(1)和空间光调制器(6)之间依次设有衰减片(2)、显微物镜(3)和针孔滤波器(4)组成的滤波器和准直透镜(5)；空间光调制器(6)和电荷耦合器件(11)之间依次设有孔径光阑(7)、第一透镜(8)、第二透镜(9)和扇形子透镜微透镜阵列(10)；电荷耦合器件(11)与计算机(12)相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述衰减片(2)置于激光器发出的激光光路中，用于衰减激光光强，保证入射到电荷耦合器件上的光子数不会超出其动态范围，衰减片(2)可以是两块偏振器件或者其他衰减光强的光学元件。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的显微物镜(3)和针孔滤波器(4)组成滤波系统，用于滤去激光器发出的高频杂光。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的准直透镜(5)置于针孔滤波器后方的激光光路中，用于准直滤波后的光束。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的空间光调制器(6)加载产生所需的涡旋光束的全息图，生成不同拓扑荷数的涡旋光束，实际应用中，还可以采用螺旋相位板、Q板或光纤方法来产生所需要的涡旋光束。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的孔径光阑(7)置于空间光调制器(6)后，用于滤除其他衍射级次的光束和杂散光。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的第一透镜(8)和第二透镜(9)组成扩束或缩束系统，置于孔径光阑(7)后的光路中，用于调节光束尺寸，调节之后的光束直径d2＝d1f2/f1，d1为经过孔径光阑(7)的光束的直径，f1,f2分别为第一透镜(8)和第二透镜(9)的焦距。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的扇形子孔径微透镜阵列(10)置于孔径光阑后的光路中，用于测量待测涡旋光束，其排布方式不局限于n×n的排布，可以是子透镜为扇形的其他排布方式。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的电荷耦合器件(11)置于扇形子孔径微透镜阵列(10)的焦平面上，用于接收每个子孔径聚焦的光斑；所述的计算机(12)与电荷耦合器件(11)相连，显示来自电荷耦合器件接收的焦平面处的光斑阵列，并计算得到光斑阵列的光斑偏移方向和偏移量，进而得到涡旋光束的拓扑荷数。
CN201911139420.7A 2019-11-20 2019-11-20 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置 Active CN111221132B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911139420.7A CN111221132B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911139420.7A CN111221132B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111221132A CN111221132A (zh) 2020-06-02
CN111221132B true CN111221132B (zh) 2021-10-26

Family

ID=70825812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911139420.7A Active CN111221132B (zh) 2019-11-20 2019-11-20 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111221132B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111473872B (zh) * 2020-04-16 2022-08-02 中国科学院光电技术研究所 一种测量多模完美涡旋光束的方法和装置
CN111610582B (zh) * 2020-06-04 2022-10-28 哈尔滨工程大学 一种用于日冕观测的扇形微透镜阵列
CN112326024B (zh) * 2020-09-25 2022-07-22 山东师范大学 一种同时测量涡旋光束拓扑荷大小和正负的装置及方法
CN112816079A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 山东师范大学 一种测量被遮挡涡旋光束拓扑荷的装置及方法
CN112803228B (zh) * 2021-01-26 2021-12-17 中国人民解放军国防科技大学 基于螺旋线排布锁相光纤激光阵列的涡旋光束产生方法
CN113126290B (zh) * 2021-04-27 2023-03-21 西北大学 一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法
CN113686452B (zh) * 2021-08-25 2022-06-14 浙江大学 基于沙克哈特曼波前传感器的多光涡涡旋光束拓扑值探测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006015518B3 (de) * 2006-03-31 2007-12-06 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Kohärenzmaß-Messung
CN104280141A (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 西北工业大学 一种分光棱镜及探测涡旋光束拓扑荷的方法和装置
CN106199800A (zh) * 2016-09-20 2016-12-07 北京理工大学 一种空间分布的三维涡旋阵列的集成方法
CN109029744A (zh) * 2018-08-08 2018-12-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种涡旋光束拓扑荷数的检测方法
CN109724541A (zh) * 2019-01-22 2019-05-07 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 基于涡旋光的旋转物体转轴倾斜角检测装置
WO2019098262A1 (ja) * 2017-11-16 2019-05-23 国立大学法人長岡技術科学大学 光発生装置、光発生装置を備える露光装置、露光システム、光発生方法、及び露光フォトレジスト製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393376B (zh) * 2008-11-07 2010-06-30 中国科学院光电技术研究所 基于条纹特性提取算法的相干合成相位测控装置
LT6250B (lt) * 2014-07-10 2016-02-25 Uab "Altechna R&D" Lazerinio pluošto skersinio profilio formuotuvas, išsaugantis bangos fronto kreivumą, ir jo panaudojimo būdas
WO2017033037A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Universite de Bordeaux Terahertz wavefront measurement system and method
CN110140034B (zh) * 2016-06-17 2021-07-02 约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学 用于测量激光光束的光束质量的方法和系统
CN106803892B (zh) * 2017-03-13 2019-12-03 中国科学院光电技术研究所 一种基于光场测量的光场高清晰成像方法
CN108281800B (zh) * 2017-12-15 2019-11-15 西安电子科技大学 一种涡旋电磁波的发生装置
CN109612592A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 北京理工大学 一种利用偏振调制离焦强度检测拓扑荷的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006015518B3 (de) * 2006-03-31 2007-12-06 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Kohärenzmaß-Messung
CN104280141A (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 西北工业大学 一种分光棱镜及探测涡旋光束拓扑荷的方法和装置
CN106199800A (zh) * 2016-09-20 2016-12-07 北京理工大学 一种空间分布的三维涡旋阵列的集成方法
WO2019098262A1 (ja) * 2017-11-16 2019-05-23 国立大学法人長岡技術科学大学 光発生装置、光発生装置を備える露光装置、露光システム、光発生方法、及び露光フォトレジスト製造方法
CN109029744A (zh) * 2018-08-08 2018-12-18 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种涡旋光束拓扑荷数的检测方法
CN109724541A (zh) * 2019-01-22 2019-05-07 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 基于涡旋光的旋转物体转轴倾斜角检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111221132A (zh) 2020-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111221132B (zh) 一种扇形子孔径微透镜阵列测量涡旋光束拓扑荷数的方法和装置
CN102721477B (zh) 一种用于相位差波前传感器的离焦量测量方法
CN102252832B (zh) 大口径准直系统波前质量检测装置和方法
CN102288305B (zh) 一种自适应光学系统波前传感器及其探测方法
CN104596650B (zh) 一种哈特曼波前传感器超分辨波前复原方法
CN111220361B (zh) 一种测量微透镜阵列焦距的方法
CN104677507B (zh) 宽谱段夏克‑哈特曼波前传感器绝对标定装置及方法
CN103557947B (zh) 一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法
CN102967380A (zh) 一种基于单元光敏探测器阵列的哈特曼波前传感器
JP2015055544A (ja) 波面計測装置、波面計測方法、光学素子の製造方法、および、光学システムの組み立て調整装置
CN104165755B (zh) 光栅剪切波像差检测干涉仪及其检测方法
CN109668526B (zh) 基于光学传递函数的高精度测量倾斜角的方法
CN102889980B (zh) 一种基于光栅剪切干涉检测系统的微透镜定焦检测方法
CN108801475A (zh) 一种基于空间频域参考的波前探测方法
CN104239740B (zh) 一种基于哈特曼波前传感器的模式波前复原方法
CN101936779B (zh) 双光楔拼接四棱锥波前传感器
CN111473872B (zh) 一种测量多模完美涡旋光束的方法和装置
CN105823563B (zh) 动态高分辨率波前测量装置及方法
CN102288392A (zh) 一种基于二维朗奇光栅的自由曲面眼镜片光焦度测量装置
CN201885805U (zh) 环形共光路点衍射干涉波前传感装置
CN108692820B (zh) 一种波前测量装置及方法
CN103105235B (zh) 一种测量哈特曼波前传感器子孔径中倾斜像差的方法
CN103196387B (zh) 柱面面型检测系统及方法
CN210893429U (zh) 一种离焦型光场相机波前传感器
CN111998962B (zh) 一种基于阵列型二元相位调制的哈特曼波前传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant