[实用新型]一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统，可测量较大拓扑荷的系统。

背景技术

光学涡旋即为相位奇异点，是一种具有螺旋型波前结构的特殊光场，它的一个最重要的特性就是具有确定的光子轨道角动量。相位分布函数中常含有与旋转方位角成正比的一项：exp(ilθ)，l是整数也被称作“拓扑荷”。

光学涡旋中的光束结构具有一系列特殊的物理性质，如强度呈环形分布、具有很小的中心暗斑尺寸、无加热效应、无衍射效应等，近年来已经在激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学和分子光学中得到广泛的研究和应用。由于光学涡旋具有许多重要的潜在应用价值，所以关于光学涡旋的研究迅速发展起来，成为现代光学的一个重要分支，因此精确的测量拓扑荷的大小对确定轨道角动量至关重要。

测量光学涡旋拓扑荷的方法有很多，主要可以分为干涉法和衍射法。干涉法是较常用的一种。它包含有大量的光学器件，这些光学器件中的畸变，缺陷(如划痕，尘埃)等都会对测量结果造成很大的干扰。近几年，衍射方法得到了快速的发展。该方法是通过不同形状的孔阑来测量拓扑荷，虽然避免了光学器件的干扰，但可测的拓扑荷阶数较低。

发明内容

本实用新型专利的目的在于克服上述技术的不足，提供一种结构简单、成本低、容易实现的拓扑荷测量系统。该系统将光学涡旋通过与光轴成一定倾角的凸透镜，用CCD记录下从该凸透镜出射后传输一定距离的光强分布。该光强分布的明暗相间条纹，揭示出有关光学涡旋拓扑荷的信息。本实用新型专利只使用了倾斜凸透镜一个光学器件，有效降低了光学器件间的干扰，所测量的拓扑荷数能达到14。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统，在结构上至少包括空间光调制器(1)、分束器(2)、氦氖激光器(3)、孔径光阑(4)、凸透镜(5)、CCD检测器(6)。

本实用新型的特点是不同阶的涡旋信息由全息技术产生并通过计算机发送到空间光调制器(1)中；氦氖激光器(3)产生的强度稳定且波长为632.8nm的激光束经过分束器(2)并照射在空间光调制器(1)上产生虚拟束腰σ₀＝0.16nm且束腰位置在空间光调制器(1)后Z₂＝28cm的涡旋光束；该涡旋光束再次通过分束器(2)并到达孔径光阑(4)，其中孔径光阑(4)与空间光调制器(1)的距离是固定值Z₁＝24cm；上述光束经过倾斜的凸透镜(5)并到达CCD检测器(6)，其中凸透镜(5)的焦距为f＝50cm且与光y轴形成倾斜度θ＝6°的角，凸透镜(5)与孔径光阑(4)之间的距离是Z³＝258cm，CCD检测器(6)与凸透镜(5)之间的距离为Zc＝59.6cm；分析CCD检测器(6)获得的条纹信息得到拓扑荷的大小和方向。

本实用新型的有益效果是：一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统在CCD检测器(6)处获得的光强分布是一组具有倾斜方向的明暗相间的条纹。该组条纹的亮条纹数量减1即为涡旋拓扑荷大小。该组条纹的倾斜方向反映了涡旋拓扑荷的方向：条纹朝向为左上指向右下时，拓扑荷为负；条纹朝向为右上指向左下时，拓扑荷为正。本实用新型专利实现了对光学涡旋拓扑荷大小和方向的同时测量，并且具有操作简单，效果明显，部件少的特点。

附图说明

下面结合附图及实施方案对该实用新型作进一步说明。

图1是一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统示意图。

图中1.空间光调制器，2.分束器，3.氦氖激光器，4.孔径光阑，5.凸透镜，6.CCD检测器。

具体实施方案

图1中一种用倾斜凸透镜测量光学涡旋拓扑荷的系统的工作步骤如下：

1、不同阶的涡旋光束由全息技术产生并通过计算机发送到空间光调制器(1)中；

2、氦氖激光器(3)产生的强度稳定且波长为632.8nm的激光束经过分束器(2)并照射在空间光调制器(1)上产生虚拟束腰σ₀＝0.16nm且束腰位置在空间光调制器(1)后Z₂＝28cm的涡旋光束；

3、该涡旋光束再次通过分束器(2)并到达孔径光阑(4)，其中孔径光阑(4)与空间光调制器(1)的距离是固定值Z₁＝24cm；