一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统技术方案

一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，涉及信息光学技术领域，为了解决现有的螺旋谱检测方法复杂程度高、成本高的问题。本发明专利技术的光束经第一非偏振分束器分为两路光，一路为透射光，一路为反射光，每个光路中均设有一个Dove棱镜，两路光分别由1个全反射镜反射至第二非偏振分束器，在第二非偏振分束器处两路光的相位相同；2个光电探测器的接收端面分别接收第二非偏振分束器输出的两路干涉光，2个光电探测器输出的2路强度信号发送给同步信号处理系统；同步信号处理系统根据同步采集的2路强度信号计算轨道角动量螺旋谱。本发明专利技术适用于采用轨道角动量光束进行目标探测后的回波信号的螺旋谱测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统
本专利技术涉及信息光学
，具体涉及利用轨道角动量光束探测时回波信号的螺旋谱检测系统。
技术介绍
轨道角动量螺旋谱分布的检测一直都是一个技术难题，因为通常不同的回波信号携带的信息不同，而这些信息差异主要体现在螺旋谱分布上，现有的螺旋谱检测主要有两种方式，第一种是利用空间光调制器不断变换加载图样，逐一确定各个轨道角动量量子数光束的权重，但是由于空间光调制器是液晶器件，有衍射现象存在，转化效率不能达到100％，因此测量结果并不理想，换成转化效率较高的不同阶数螺旋相位板进行逐一解调效果相对较好，但是成本太高。第二种方法是利用特制的透镜加上光栅将不同量子数的光束分离并衍射至相应的位置，并用线阵列探测器探测，这种做法的误差受到每个探测元探测效率的影响，而且光栅和透镜都需要制作，成本同样很高。总之，现有的螺旋谱检测方法复杂程度高，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的螺旋谱检测方法复杂程度高、成本高的问题，从而提供一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统。本专利技术所述的一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，包括第一非偏振分束器1、2个Dove棱镜2、2个全反射镜3、第二非偏振分束器4、2个光电探测器5和同步信号处理系统6；光束经第一非偏振分束器1分为两路光，一路为透射光，一路为反射光，每个光路中均设有一个Dove棱镜2，两路光分别由1个全反射镜3反射至第二非偏振分束器4，在第二非偏振分束器4处两路光的相位相同；2个光电探测器5的接收端面分别接收第二非偏振分束器4输出的两路干涉光，2个光电探测器5输出的2路强度信号发送给同步信号处理系统6；同步信号处理系统6根据同步采集的2路强度信号计算轨道角动量螺旋谱。优选的是，2个Dove棱镜2中的任意1个Dove棱镜2以固定的角度间隔进行旋转，直至至少旋转1个周期。优选的是，同步信号处理系统6计算轨道角动量螺旋谱的具体过程为：同一时间节点输入给同步信号处理系统6的2路强度信号为一组强度信号，同步信号处理系统6对多组强度信号分别进行差运算，得到多个测量散点，再将测量散点进行拟合，得到拟合曲线，对拟合曲线进行傅里叶变换即得到轨道角动量螺旋谱。优选的是，同步信号处理系统6对采集到的强度信号进行归一化后再进行差运算。优选的是，第一非偏振分束器1和第二非偏振分束器4的分光比均为50：50。与现有技术相比，本专利技术的基于傅里叶变换的轨道角动量螺旋谱测量系统可以在低成本造价以及无特殊加工原件的情况下很好的测量轨道角动量光束的螺旋谱，本专利技术的计算方法简单，装置简单，成本低。附图说明图1是一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统的结构示意图；图2是具体实施方式中的归一化干涉光强度信号示意图；图3是图2对应的螺旋谱。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，包括第一非偏振分束器1、2个Dove棱镜2、2个全反射镜3、第二非偏振分束器4、2个光电探测器5和同步信号处理系统6；光束经第一非偏振分束器1分为两路光，一路为透射光，一路为反射光，每个光路中均设有一个Dove棱镜2，两路光分别由1个全反射镜3反射至第二非偏振分束器4，在第二非偏振分束器4处两路光的相位相同；2个光电探测器5的接收端面分别接收第二非偏振分束器4输出的两路干涉光，2个光电探测器5输出的2路强度信号发送给同步信号处理系统6；同步信号处理系统6根据同步采集的2路强度信号计算轨道角动量螺旋谱。2个Dove棱镜2中的任意1个Dove棱镜2以1°为间隔进行旋转，直至至少旋转1个周期，1个周期为180°。同步信号处理系统6计算轨道角动量螺旋谱的具体过程为：同一时间节点输入给同步信号处理系统6的2路强度信号为一组强度信号，同步信号处理系统6对多组强度信号分别进行差运算，得到多个测量散点，再将测量散点进行拟合，得到拟合曲线，对拟合曲线进行傅里叶变换即得到轨道角动量螺旋谱。本实施方式中，同步信号处理系统6对采集到的强度信号进行归一化后再进行差运算。对强度信号进行归一化处理，能够过滤掉损耗和信号功率不稳定等因素带来的影响，提高测量精度。本专利技术将轨道角动量光束注入到一个两路分别加载一个Dove棱镜的马赫增德干涉仪中。利用了轨道角动量光束经过Dove棱镜后的旋转角度与轨道角动量量子数成正比的特性。两个非偏振分束器相同，具体参数：材料为K9玻璃，尺寸25.4×25.4×25.4mm3，分光比50:50，偏差±5％，平均偏振，波长450-650nm，斜面镀部分反射膜，所有直角面镀有增透膜。Dove棱镜：根据棱镜旋转角度和光入射表面的不同，Dove(道威)棱镜可用于旋转、倒立或向后反射轨道角动量光束。N-BK7玻璃制造，在可见光到近红外光谱范围具有高透射率并在两个斜面上镀增透膜。光电探测器：探测光谱范围为可见光，低噪声、宽带放大，具有可调的增益模块。全反射镜：根据入射面的不同，可以使光路偏转。材质为N-BK7，镀有增透膜以减少表面损耗。同步信号处理系统：具有2通道以上的数据采集卡，并能对采集的数据进行简单的逻辑运算。图2为螺旋谱为P(l＝2)＝P(l＝4)＝0.1，P(l＝3)＝0.8的轨道角动量光束的归一化干涉光强度信号示意图，P为权重因子，l为轨道角动量数。图3为图2的干涉光信号所对应的螺旋谱。本专利技术的原理：对于单一量子数l的轨道角动量光束，振幅为E，则经过第一非偏振分束器后，透射光振幅为(透射光路上的Dove棱镜旋转，反射光路上的Dove棱镜不旋转)随后经过旋转角度为φ的Dove棱镜后，振幅变为反射光振幅为并以此状态保持到第二个非偏振分束器处，经过第二个非偏振分束器后两路光强差为|E|2cos(2lφ)，所以对于单一量子数l的轨道角动量光束来说，其干涉信号是与量子数l有关的余弦函数形式。螺旋谱中包含多种量子数l，输出信号A可以表示为其中al为权重因子。最后对干涉信号实施以cos(2lφ)为基元函数的频谱分析，就可以得到轨道角动量光束的螺旋谱。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，其特征在于，包括第一非偏振分束器(1)、2个Dove棱镜(2)、2个全反射镜(3)、第二非偏振分束器(4)、2个光电探测器(5)和同步信号处理系统(6)；光束经第一非偏振分束器(1)分为两路光，一路为透射光，一路为反射光，每个光路中均设有一个Dove棱镜(2)，两路光分别由1个全反射镜(3)反射至第二非偏振分束器(4)，在第二非偏振分束器(4)处两路光的相位相同；2个光电探测器(5)的接收端面分别接收第二非偏振分束器(4)输出的两路干涉光，2个光电探测器(5)输出的2路强度信号发送给同步信号处理系统(6)；同步信号处理系统(6)根据同步采集的2路强度信号计算轨道角动量螺旋谱。

【技术特征摘要】
1.一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，其特征在于，包括第一非偏振分束器(1)、2个Dove棱镜(2)、2个全反射镜(3)、第二非偏振分束器(4)、2个光电探测器(5)和同步信号处理系统(6)；光束经第一非偏振分束器(1)分为两路光，一路为透射光，一路为反射光，每个光路中均设有一个Dove棱镜(2)，两路光分别由1个全反射镜(3)反射至第二非偏振分束器(4)，在第二非偏振分束器(4)处两路光的相位相同；2个光电探测器(5)的接收端面分别接收第二非偏振分束器(4)输出的两路干涉光，2个光电探测器(5)输出的2路强度信号发送给同步信号处理系统(6)；同步信号处理系统(6)根据同步采集的2路强度信号计算轨道角动量螺旋谱。2.根据权利要求1所述的一种基于傅里叶变换的光子轨道角动量螺旋谱测量系统，其特征在于，2个Dove棱镜(2)中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子静，靳辰飞，张建东，赵远，宋杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23