[发明专利]一种基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种拓扑荷测量装置，属于信息光学技术领域。

背景技术

现有涡旋光束的拓扑荷测量装置通常基于干涉或是反涡旋解调原理，这两种类型的拓扑荷测量装置所需光学器件的种类多，数量多，检测光路复杂，成本较高，在很大程度上限制了轨道角动量检测技术的实际应用。

发明内容

本发明为解决现有拓扑荷测量装置的检测光路复杂的问题，提出了一种基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置。

本发明所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置包括连续激光器、偏振镜1、第一聚束透镜2、扩束透镜3、分束器4、空间光调制器5、光阑6、遮挡物7、第二聚束透镜8和光电探测器9；连续激光器发射的激光依次经偏振镜1的过滤、第一聚束透镜2的聚束和扩束透镜3的扩束后射入分束器4，分束器4将入射激光分为两束，一束激光被分束器4反射出所述测量装置，另一束激光经分束器4透射入空间光调制器5；

空间光调制器5用于调制入射激光的相位，将其从高斯光束转换为涡旋光束；

被空间光调制器5转换后的激光原路返回至分束器4，并被分束器4分为两束，一束激光经分束器4透射出所述测量装置，另一束激光被分束器4反射至光阑6；

来自分束器4的反射激光依次经光阑6的过滤和遮挡物7的遮挡后，发生远场衍射，并经第二聚束透镜8的聚束后射入焦点处的光电探测器9的焦平面上；

遮挡物7不透光，其与入射激光重合的部分为扇形，该扇形的圆心角为30°，其顶点位于入射激光的中心轴上。

作为优选的是，偏振镜1为格兰泰勒棱镜。

作为优选的是，第一聚束透镜2的焦距为3cm，扩束透镜3的焦距为15cm。

进一步的是，第二聚束透镜8的焦距为40cm。

作为优选的是，空间光调制器5为反射式空间光调制器。

作为优选的是，光电探测器9为CCD探测器。

作为优选的是，连续激光器为632nm氦氖激光器。

作为优选的是，所述测量装置还包括正L阶的螺旋相位板10，L为正整数且小于或等于5；正L阶的螺旋相位板10设置在光阑6与遮挡物7之间的光路上。

空间光调制器5预写有拓扑荷光束相位全息图，光阑6用于过滤涡旋光束中的高阶衍射成分，进而提纯涡旋光束的质量。

涡旋光束经过遮挡物7后，其振幅发生改变，并遵照远场衍射传输，成像于无穷远。

第二聚束透镜8用于使远场衍射传输的涡旋光束成像于其焦平面上，并通过光电探测器9接收，光电探测器9中像的亮光斑数为涡旋光束的拓扑荷数。

本发明所述的拓扑荷测量装置，通过空间光调制器调制待测量激光的相位，使之转换为待测的涡旋光束，并通过在涡旋光束的光路上设置遮挡物，使涡旋光束发生远场衍射。与现有的基于干涉或反涡旋解调原理的拓扑荷测量装置相比，本发明所述的拓扑荷测量装置所需光学器件的种类少，数量少，检测光路相对简单，成本也较低，能够有效地推进轨道角动量检测技术的实际应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置进行更详细的描述，其中：

图1为实施例一所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置的光路示意图，其中，11为连续激光器；

图2为实施例一提及的遮挡物与涡旋光束重合的扇形部分的示意图；

图3为实施例八所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置的光路示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置作进一步的说明。

实施例一：下面结合图1和图2详细地说明本实施例。

本实施例所述的基于远场衍射原理的拓扑荷测量装置包括连续激光器、偏振镜1、第一聚束透镜2、扩束透镜3、分束器4、空间光调制器5、光阑6、遮挡物7、第二聚束透镜8和光电探测器9；连续激光器发射的激光依次经偏振镜1的过滤、第一聚束透镜2的聚束和扩束透镜3的扩束后射入分束器4，分束器4将入射激光分为两束，一束激光被分束器4反射出所述测量装置，另一束激光经分束器4透射入空间光调制器5；

空间光调制器5用于调制入射激光的相位，将其从高斯光束转换为涡旋光束；