[发明专利]一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置及其测量方法

权利要求书

1.一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置，其特征在于：包括一连续波激光器（100），在该连续波激光器（100）的光束前进方向依次设有准直扩束器（110）、高斯-平顶光束转换器（120）、起偏器（131）、分束镜（140）；经分束镜（140）后，激光束被分为透射光和反射光，透射光与反射光成90°夹角，透射光作为参考光束照射在空间光调制器（150）上；反射光束照射在反射镜（220）上，所述反射镜（220）安装在压电陶瓷微位移台（210）上；反射后的透射光束和反射光束再次经过分束镜（140）合束后，经会聚透镜（230）会聚后照射在光阑（240）上，通过检偏器（132）后进入CCD相机（300）成像；

所述的空间光调制器（150）与计算机（400）连接，计算机（400）将计算全息图输入到空间光调制器（150）上；

所述的压电陶瓷微位移台（210）与微位移控制器（600）相连，所述的微位移控制器（600）分别与计算机（400）和触发器（500）相连；

所述的CCD相机（300）分别与计算机（400）和触发器（500）相连。

2.根据权利要求1所述的一种测量分数阶光学涡旋拓扑荷值的装置的测量方法，其特征在于：

包括利用计算机全息技术将生成计算全息图写入空间光调制器的步骤；

采用迈克尔逊干涉光路和四步相移技术获得涡旋光束的包裹相位图的步骤；

利用相位图去包裹算法解析出涡旋光束的真实相位θ的分布，再由拓扑荷的定义                                                计算得到任意分数阶精度的拓扑荷值m。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一、利用计算机全息技术将待测涡旋光束与平行光生成计算机全息图，由计算机（400）写入空间光调制器（150）；通过计算机（400）设定好微位移控制器（600）、触发器（500）的参数；

步骤二、打开连续波激光器电源，连续波激光器（100）发出的激光束，经过准直扩束器（110）后，再由高斯-平顶光束转换器（120）将高斯光束转换为平顶光束；

步骤三、将步骤二得到的平顶光束经分束镜（140）后分为反射光束和透射光束，反射光束和透射光束成90°夹角；透射光束作为参考光束照射在空间光调制器（150）上，解调出待测涡旋光束，照射在分束器上；

步骤四、步骤三得到的反射光束照射在反射镜（220）上，反射后也照射在分束镜（140）上；涡旋光束与反射光束经分束镜（140）合束后照射在会聚透镜（230）上，然后，利用光阑（240）选择涡旋光束合适的1级衍射光，经过检偏器（132）后进入CCD相机（300），反射光束与涡旋光束在CCD相机（300）中形成的干涉图像I₁存储进计算机（400）；

步骤五、根据计算机（400）设定的参数，微位移控制器（600）控制压电陶瓷微位移台（210）带动反射镜（220）沿垂直光路方向移动四分之一波长的距离；然后，触发器（500）触发CCD相机（300）拍摄第二幅干涉图I₂存储进计算机（400）；

步骤六、然后，微位移控制器（600）控制压电陶瓷微位移台（210）带动反射镜再次沿垂直光路方向移动四分之一波长的距离；触发器（500）触发CCD相机（300）拍摄第三幅干涉图I₃存储进计算机；

步骤七、然后，微位移控制器（600）控制压电陶瓷微位移台（210）带动反射镜再次沿垂直光路方向移动四分之一波长的距离；触发器（500）触发CCD相机（300）拍摄第四幅干涉图I₄存储进计算机；

步骤八、利用四步相移公式计算出待测涡旋光束的包裹相位分布， ；对获得的包裹相位分布图进行去包裹处理，解算出涡旋光束的真实相位分布；根据涡旋光束拓扑荷值的定义计算出待测光束的拓扑荷值m，其中θ为绕拓扑荷一周的相位改变，逆时针方向为正涡旋，顺时针方向改变为负涡旋；

步骤九、重复上述过程，多次测量取平均值，最终获得涡旋光束的拓扑荷值。