[发明专利]基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法及系统

权利要求书

1.基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、使用涡旋光束作为发射光场，该涡旋光束携带特定量子数的光子轨道角动量，涡旋光束由目标表面反射时将携带目标的材质信息；

S2、接收系统探测涡旋光束回波的相位分布；

S3、对涡旋光束回波信号进行轨道角动量谱分析得到具有弥散特性的轨道角动量谱分布；

S4、将S3获取的具有弥散特性的轨道角动量谱分布与目标轨道角动量谱特征库进行特征匹配，获取目标的材质信息，实现基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别。

2.根据权利要求1所述基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，S1中涡旋光束的调制过程：采用螺旋相位板将激光器出射的高斯强度分布型激光调制成具有环形强度分布的涡旋光束。

3.根据权利要求2所述基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，S2中涡旋光束回波信号的相位分布的获取过程：

S21、通过定标得到激光器出射激光的光束强度分布A；

S22、激光器出射激光经过相位延时器进行相位延时，输出三个延时激光束；三个延时激光束分别在相位延时器不透光状态、透光状态下0相位延迟和透光状态下π/2相位延迟三种情况下形成；

S23、经过相位延时的三个延时激光束与回波光束分别进行合束，并由接收系统进行探测，获得三幅涡旋光束回波的强度分布B、C、D；

S24、系统的信号处理模块根据A、B、C、D四幅强度像计算涡旋光束回波的相位分布。

4.根据权利要求3所述基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，步骤S24获取涡旋光束回波的相位分布Φ_B按下式进行：

公式中：

Φ_A：激光器出射激光的相位分布；

A：通过定标得到激光器出射激光的光强分布；

B：相位延时器不透光状态下CCD采集的光束强度分布；

C：相位延时器在透光状态下0相位延迟时CCD采集的光束强度分布；

D：相位延时器在透光状态下π/2相位延迟时CCD采集的光束强度分布。

5.根据权利要求4所述基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，S3对涡旋光束回波信号进行轨道角动量谱分析得到具有弥散特性的轨道角动量谱分布按下式进行：

轨道角动量谱分析：

公式中：a_l(r)：轨道角动量谱l阶分量的复振幅；

B(r,θ)：相位延时器在不透光状态下CCD采集的光束强度分布；

Φ_B(r,θ)：涡旋光束回波的相位分布；

C_l：回波光束轨道角动量谱l阶分量的强度；

l：轨道角动量谱阶数；

θ：极坐标角度分布；

r：极坐标径向分布。

6.根据权利要求5所述基于涡旋光束弥散特性的量子探测目标识别方法，其特征在于，目标轨道角动量谱特征库的建立过程：

采用已知材质的物体作为待探测识别的目标，执行步骤S1至S3获取该材质对应的具有弥散特性的轨道角动量谱分布；

更换不同材质的目标重复上述计算，建立的不同材质目标对涡旋光束反射回波的轨道角动量谱分布特征库。