[发明专利]一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法

权利要求书

1.一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，其特征在于：涡旋光是一种具有螺旋波阵面的特殊光场，光束振幅的一部分可称为非完整涡旋光；首先，使用空间光调制器进行复振幅调制以制备非完整涡旋光，通过准直与滤波后用CCD相机在光路上检测光斑形状，并提取光斑的外边缘，测量光束半径和光斑旋转角度，可计算出光束传播的距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，其特征在于，非完整涡旋光传播一段距离后的旋转角度可表示为其中α表示涡旋光坡印廷矢量与光轴之间的夹角，表示涡旋光场的平均半径，θ表示部分涡旋光传播距离为z_r时的光场旋转角度，据此，带入涡旋光坡印廷矢量与传播轴之间的夹角可得传播距离为

其中，l表示涡旋光拓扑荷数，θ是实测得光场旋转角，λ表示所用的探测光的波长。

3.根据权利要求1所述的一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，其特征在于：完整的单一态涡旋光束横截面上的能量分布为完整的圆环形，非完整涡旋光为其中的一部分，横截面上的能量分布是从圆环中心出发的扇形圆环，为方便测量，扇形圆环的圆心角为180度。

4.根据权利要求1所述的一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，其特征在于：涡旋光不再是一个完整的圆环形光场，而是被去掉了一部分，实际应用中可采用直边遮挡或者利用空间光相位调制器对相位进行遮挡的方式产生，采用空间光调制器加载部分相位制备半圆环形涡旋光的相位可表示为：

其中表示柱坐标，l是涡旋光的拓扑荷数。

5.根据权利要求2所述的一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，其特征在于根据非完整涡旋光斑相对于初始平面的旋转角度和光束半径，即可确定CCD相机位置与初始平面之间的距离，从而实现径向距离的测量，这里在初始平面选取的光束半径应当与CCD相机位置所取的进行旋转角测量的光束半径一致。

6.根据权利要求3所述的一种基于非完整涡旋光的径向距离测量方法，采用单一态部分涡旋光进行距离测量时，根据CCD相机捕捉到的部分涡旋光场与初始平面光场的相对旋转方向，可进一步判断得出涡旋光拓扑荷数的正负即涡旋光的旋转方向。