CN207798009U - 一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置 - Google Patents
一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置，属于光测量领域。该装置利用He‑Ne激光器的出射光束进入高斯衰减片，使其出射光束具有高斯形式的光强分布，所述的高斯光束进入分束器，将入射光束分为折射和透射光束，折射光束被CCD检测器1接收，透射光束射入空间光调制器，使其具有拓扑荷为的涡旋相位，且该涡旋相位的奇点与入射光束光强中心存在径向偏移，从所述空间光调制器出射的光束进入透镜，透镜的出射光束被CCD检测器2接收，所述CCD检测器1测得入射光束的光斑宽度，所述CCD检测器2测得光束光强信息，将CCD检测器1和CCD检测器2的光强数据输入计算机计算可得位移量。本实用新型优点：结构简单，容易操作，测量效率高，结果精确等。
Description
技术领域
本实用新型提供了一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置，属于光测量领域。
背景技术
光学旋涡出现在携带螺旋波前位错(涡旋光束)的光束中。涡旋光束的恒定相表面具有螺旋结构，呈现带有拓扑电荷的相位奇点，其表达式中含有exp的相位因子，其中代表涡旋光束的拓扑荷。包含光学涡旋的光束还携带一定数量的轨道角动量,因而可以对微粒进行操控。实际上，借助于具有中心光学奇点的特定光学装置，它们可以容易地在光束中产生。在这些光学元件中，最有效的是叉全息图和螺旋相位板。拉盖尔-高斯光束是常见的携带光学涡旋的激光束。而高斯涡旋光是其中最简单的一种光束模式。
当一个沿着光轴传播的高斯光束获得涡旋相位后，其光强呈现为一个中心黑暗的圆环形图像。在先研究表明[参见文献：Method to measure off-axis displacementsbased on the analysis of the intensity distribution of a vortex beam,Phys.Rev.A 79,033845(2009)]：当涡旋相位的奇点与光强中心不重合时，该涡旋光束经过远场传输后，其光强分布将表现出各向异性的特点，即：光强呈现为分布不均匀的空心环状光斑结构。该环带光斑的最大光强与最小光强的比值为R。这种光强分布的各向异性跟涡旋相位的拓扑荷数值l有关。拓扑荷数值l 越大，各向异性越显著：其中roff是涡旋相位的奇点与光强中心的偏移量，w是入射光斑宽度。然而，高斯涡旋光对径向位移的这种敏感效应并未应用到位移传感或测量上。目前也缺乏利用涡旋光束对位移进行有效传感的实用装置。
传统的微小位移测量多用散斑干涉的方法来进行。基于干涉原理的位移测量方法需要大量光学元件和精准的实验设置，任何光学元件的微小偏移都会影响实验的精度。
发明内容
本实用新型专利的目的在于克服上述现有技术的不足，使用高斯光的偏心涡旋相位来测量微小径向位移。该装置利用He-Ne激光器产生强度稳定的高斯光束，所述光束进入高斯衰减片形成完美的高斯光束，然后通过分束器将光束分成两束，一束进入CCD检测器1和计算机，用于测量光束的宽度w。另一束进入空间调制器，然后在空间调制器的作用下，使出射光束具有拓扑荷为的涡旋相位，且该涡旋相位的奇点与光强中心不重合，径向偏移量为roff。高斯涡旋光经由透镜后进入处于透镜像焦平面上的CCD检测器2，所述CCD检测器2检测到所在平面的光强分布为空心环状，且该空心环状光斑结构的环带光强分布不均匀，随后将光强数据信息传输到计算机中，计算机对其进行数值计算，由公式计算位移量，其中参数R为光强极大值与极小值的比值。本实用新型专利具有结构简单，容易操作，测量效率高，结果精确等优点。
附图说明
下面结合附图及实施方式对该实用新型作进一步说明。
图1是一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置示意图。
图1中1.He-Ne激光器，2.高斯衰减片，3.分束器，4.CCD 检测器1，5.空间光调制器，6.透镜，7.CCD检测器2，8.计算机。
具体实施方式
图1中一种基于高斯涡旋光的径向位移传感装置的工作步骤
如下：
1.He-Ne激光器(1)的出射光束进入高斯衰减片(2)；高斯衰减片(2)使其出射光束具有高斯形式的光强分布；从高斯衰减片(2)出射的光束进入分束器(3)；所述分束器(3)将入射光束分为折射光束和透射光束；分束器(3)的折射光束经传播距离z被CCD检测器1(4)接收；分束器(3)的透射光束经传播距离z后射入空间光调制器(5)；所述空间光调制器(5)使得出射光束具有拓扑荷为的涡旋相位，且该涡旋相位的奇点与入射光束光强中心存在径向偏移roff；从所述空间光调制器(5)出射的光束进入透镜(6)；透镜(6)的出射光束被像焦面处的CCD检测器2(7)接收；
2.所述CCD检测器1(4)测得入射光束的光斑宽度为w；所述CCD 检测器2(7)测得光束光强呈空心环状分布，且该空心环状光斑结构的环带光强分布不均匀：环带光强的极大值与极小值之比为R；将CCD检测器1(4)和CCD检测器2(7)的光强数据输入计算机(8)；计算机(8)根据相关公式计算径向位移。
Claims (1)
1.一种基于高斯涡旋光的径向位移传感的装置，在结构上至少包括He-Ne激光器(1)、高斯衰减片(2)、分束器(3)、CCD检测器1(4)、空间光调制器(5)、透镜(6)、CCD检测器2(7)、计算机(8)，其特征是：He-Ne激光器(1)的出射光束进入高斯衰减片(2)；高斯衰减片(2)使其出射光束具有高斯形式的光强分布；从高斯衰减片(2)出射的光束进入分束器(3)；所述分束器(3)将入射光束分为折射光束和透射光束；分束器(3)的折射光束经传播距离z被CCD检测器1(4)接收；分束器(3)的透射光束经传播距离z后射入空间光调制器(5)；所述空间光调制器(5)使得出射光束具有拓扑荷为l的涡旋相位，且该涡旋相位的奇点与入射光束光强中心存在径向偏移roff；从所述空间光调制器(5)出射的光束进入透镜(6)；透镜(6)的出射光束被像焦面处的CCD检测器2(7)接收；所述CCD检测器1(4)测得入射光束的光斑宽度为w；所述CCD检测器2(7)测得光束光强呈空心环状分布，且该空心环状光斑结构的环带光强分布不均匀：环带光强的极大值与极小值之比为R；将CCD检测器1(4)和CCD检测器2(7)的光强数据输入计算机(8)；计算机(8)根据相关公式计算径向位移。
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