基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法

摘要

基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法，测量步骤如下：打开连续波激光器电源，该连续波激光器发出的光束照射在准直扩束器上，扩束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在分束镜上；而后反射光束照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后经过分束镜、检偏器后照射在光阑上；所述的光阑的作用是选择反射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束作为涡旋光束；该涡旋光束为待测拓扑荷值涡旋光束；该涡旋光束照射在透射式空间光调制器上，其夫琅禾费衍射光强图通过CCD相机记录后的图像存储进计算机；进而获得待测涡旋光束的拓扑荷值m。本发明方法能够对涡旋光束的拓扑荷值进行快速、准确测量；具有原理简洁、快速高效的优点。

主权项

基于六角星孔衍射的涡旋光束拓扑荷值测量方法，该测量方法利用一测量装置进行测量，所述的测量装置包括连续波激光器（100），该连续波激光器（100）发出的光束照射在准直扩束器（110）上，扩束后的光束经起偏器（121）后变成线偏振光，然后照射在分束镜（130）上；经过分束镜（130）后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；所述的反射光束照射在反射式空间光调制器（210）上，经反射式空间光调制器（210）反射后的光束再次经过分束镜（130）、检偏器（122）后照射在光阑（220）上；经过光阑（220）后的光束照射在透射式空间光调制器（230）上，经成像透镜（240）会聚后在CCD相机（300）中成像；然后存储进计算机（400）进行后续处理；所述的反射式空间光调制器（210）、透射式空间光调制器（230）、CCD相机（300）与计算机（400）相连；所述的反射式空间光调制器（210）用于产生涡旋光束；所述的透射式空间光调制器（230）写入六角星孔，作为衍射物体；所述的成像透镜（240）与透射式空间光调制器（230）之间以及CCD相机（300）之间的距离均为其焦距；测量步骤如下：步骤一、生成六角星孔；该六角星孔由两个方向相反、有共同中心的正三角形孔叠加而成，其重叠区域不透光；两个三角孔的中心位于x₀y₀区域内的坐标原点处；上三角形孔径的透过率函数为：(1)其中a是边长，下三角孔径的的边长是b用虚线表示，向下翻转t₁可得到其表达式：(2)t₂中的边长是用b来代替原来的a；本发明中，b=a；然后叠加得到六角星孔，其透过率函数为：(3)利用计算机得到六角星孔图像；步骤二、利用计算机模拟出涡旋光束，涡旋光束光场的极坐标表达式为：(4)其中，A为光场振幅，令其为1；j为虚数单位，m为拓扑荷值，m取整数；步骤三、利用计算机模拟涡旋光束经过六角星孔的夫琅禾费衍射光强图，存入计算机作为对比模板；通过改变m数值，可以获得不同拓扑荷值涡旋光束的夫琅禾费衍射光强图；步骤四、利用公式（4），基于计算全息法，利用透射式空间光调制器产生实际涡旋光束；步骤五、利用计算机将六角星孔图像写入透射式空间光调制器，透射式空间光调制器作为衍射屏；步骤六、打开连续波激光器电源，该连续波激光器发出的光束照射在准直扩束器上，扩束后的光束经起偏器后变成线偏振光，然后照射在分束镜上；经过分束镜后，光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；所述的反射光束照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后经过分束镜、检偏器后照射在光阑上；所述的光阑的作用是选择反射式空间光调制器衍射光场的一级衍射光束作为涡旋光束；该涡旋光束为待测拓扑荷值涡旋光束；该涡旋光束照射在透射式空间光调制器上，其夫琅禾费衍射光强图通过CCD相机记录后的图像存储进计算机；步骤七、将步骤六中获得的涡旋光束的六角星孔夫琅禾费衍射图与步骤三中的对比模板进行对比，获得待测涡旋光束的拓扑荷值m。