一种涡旋光的干涉测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种涡旋光的干涉测量装置，包括：涡旋光产生单元、控制单元、涡旋光调制单元、共轭涡旋光干涉单元和图像采集单元。涡旋光产生单元用于产生涡旋光束；控制单元用于改变涡旋光的传播光路；涡旋光调制单元用于对涡旋光束的拓扑荷进行调制；共轭涡旋光干涉单元用于将一束涡旋光分成两束，并将其中一束涡旋光转化为另一束的共轭涡旋光，然后对两束光进行干涉；图像采集单元用于对两束共轭涡旋光的干涉强度图进行采集，通过对采集数据进行分析从而可以获得涡旋光拓扑荷的阶数和符号。本实用新型专利技术利用改进的M‐Z干涉仪和携带有涡旋相位板VPP的方形环路装置提出了一种简单的没有器件引入干涉影响的整数和半整数拓扑荷干涉测量装置。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及自由空间通信与量子通信网络领域，具体涉及一种涡旋光的干涉测量装置。
技术介绍
1992年，荷兰莱顿大学的Allen团队从理论上证明光子中含有确定的轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)。一个光子OAM值为对应螺旋形等相位面，螺旋相位项为exp(ilφ)，l为OAM拓扑荷，l的正负符号代表旋转方向不同，φ为极坐标系中的极角。具有OAM的涡旋光在量子信息处理、原子操纵、微操作和生命科学以及远程传感等领域具有潜在的应用。因此，对涡旋光的拓扑荷进行精确测量具有非常重要的意义。对涡旋光拓扑荷的测量包括对其阶数和符号的测量。携带有涡旋相位板的方形环路装置可以对涡旋光的拓扑荷进行调制。如果涡旋光经过奇数次反射后，涡旋光拓扑荷的符号将会改变。最近几年，为了简单起见，一般利用衍射方法对涡旋光的拓扑荷进行测量。2009年，涡旋光经过环形孔的衍射，通过对衍射强度图的分析可以测量涡旋光的最大整数拓扑荷阶数为9。2013年，涡旋光经过倾斜凸透镜的衍射，分析衍射强度图可以获得涡旋光的最大整数拓扑荷阶数为14。2015年，通过分析涡旋光和其共轭光的干涉图，人们测量涡旋光的最大整数拓扑荷阶数可以达到60。最近，通过一个修正的M‐Z干涉仪，涡旋光的最大可测量整数拓扑荷阶数达到了90。然而，这些测量方法只能获得拓扑荷的阶数，拓扑荷的符号没有办法测量，再有由于系统包括像达夫棱镜这样的器件，从而系统存在器件引入的干涉而且有些复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于为了解决以上的不足，提供了一种涡旋光的干涉测量装置，该装置可测量涡旋光整数和半整数拓扑荷的阶数和符号，装置结构简单而且没有器件引入干涉的影响。本技术的技术方案是这样实现的：一种涡旋光的干涉测量装置，包括涡旋光产生单元、控制单元、涡旋光调制单元、共轭涡旋光干涉单元和图像采集单元，其中：所述涡旋光产生单元用于产生涡旋光束，其包括泵浦光源LD、光束扩展器BE、电脑控制的空间光调制器SLM和第一全反射镜M1；所述控制单元用于改变涡旋光的传播光路，当控制信号置位时，涡旋光束被反射传输；当控制信号复位时，涡旋光束被透射传输；所述涡旋光调制单元用于对涡旋光束的拓扑荷进行调制，其包括第二全反射镜M2、第三全反射镜M3、第四全反射镜M4、第一透镜L1、第二透镜L2和涡旋相位板VPP；所述共轭涡旋光干涉单元用于将一束涡旋光分成两束涡旋光，并将其中一束涡旋光转化为另一束的共轭涡旋光，然后对两束光进行干涉，其包括第一分束器BS1、第二分束器BS2、第五全反射镜M5、第六全反射镜M6、第七全反射镜M7、第八全反射镜M8和第九全反射镜M9；所述图像采集单元用于对两束共轭涡旋光的干涉强度图进行采集，通过对干涉强度图进行分析，并对电脑控制的电荷耦合装置CCD两次采集的干涉强度图进行对比，从而可以获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷，其中拓扑荷包括阶数和符号(拓扑荷表示绕光束闭合环路一周线积分为2π整数倍的个数)，其包括第三透镜L3和电脑控制的电荷耦合装置CCD；所述泵浦光源LD产生激光脉冲，激光脉冲经光束扩展器BE聚焦和扩束后照射到所述电脑控制的空间光调制器SLM上并产生涡旋光，所述涡旋光经第一全反射镜M1改变传播方向后进入到所述控制单元；当所述控制单元的控制信号置位时，涡旋光经第一全反射镜M1和控制单元反射后进入共轭涡旋光干涉单元的第一分束器BS1，所述第一分束器BS1将涡旋光分成两束，其中一束涡旋光依次经过第一分束器BS1、第七全反射镜M7、第八全反射镜M8和第九全反射镜M9的反射后到达第二分束器BS2；另一束涡旋光依次经过第五全反射镜M5、第六全反射镜M6和第二分束器BS2反射后符号变为相反，跟上一束涡旋光同时到达第二分束器BS2，并在此处发生干涉，所述干涉光进入图像采集单元，在所述图像采集单元中根据干涉强度图产生的花瓣(干涉光的干涉强度图由多个类似花瓣形状构成)的计数获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷的阶数；当控制单元的控制信号复位时，透射过控制单元的涡旋光束经第二全反射镜M2与第三全反射镜M3反射后进入到所述涡旋光调制单元的第一透镜L1，经过第一透镜L1对涡旋光尺寸进行控制后的涡旋光再经过第四全反射镜M4改变光路，改变光路的涡旋光经过涡旋相位板VPP，其拓扑荷增加1阶，然后经第二透镜L2对涡旋光尺寸进行控制，最后又经控制单元透射进入共轭涡旋光干涉单元，然后光路重复上述进入共轭涡旋光干涉单元的光路路线。优选地，所述控制单元由光栅晶体开关GCCD构成。优选地，所述涡旋相位板VPP是一块折射率固定的透明相位板。优选地，所述透明相位板一侧表面为平面，另一侧表面为螺旋相位面，其厚度与角向方位角成正比。优选地，所述第一分束器BS1用于将一束涡旋光分成两束，其分束比为50：50。优选地，所述第二分束器BS2用于将两束共轭涡旋光干涉并合成一束，其分束比为50：50。优选地，从共轭涡旋光干涉单元中第二分束器BS2出来的干涉光束经第三透镜L3进入图像采集单元后，所述干涉光束经过所述第三透镜L3对涡旋光尺寸进行控制后进入电脑控制的电荷耦合装置CCD，所述电脑控制的电荷耦合装置CCD对干涉光的干涉强度图进行采集，对干涉强度图进行分析，干涉强度图的花瓣数的一半即为涡旋光的拓扑荷，从而根据花瓣的计数获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷的阶数。优选地，通过对电脑控制的电荷耦合装置CCD两次采集的干涉强度图进行对比，若干涉强度图的花瓣数增加2个，则涡旋光的拓扑荷符号为正，否则为负。本技术的有益效果：本技术的干涉测量装置可以测量涡旋光的整数和半整数拓扑荷；采用简单的全反射镜保证了M‐Z干涉仪的精确等臂特性；采用简单全反射镜的奇数次反射将一束涡旋光转化为其共轭涡旋光，从而没有器件引入干涉的影响；整体设计合理结构简单，使用操作方便，既可以测量拓扑荷的阶数，又可以获得拓扑荷的符号。附图说明图1为本技术的一种涡旋光的干涉测量装置的框架示意图。图2为本技术的一种涡旋光的干涉测量装置的测量结果(干涉强度图中花瓣计数为4)。图3为本技术的一种涡旋光的干涉测量装置的测量结果(干涉强度图中花瓣计数为6)。图4为本技术的一种涡旋光的干涉测量装置的测量结果(干涉强度图中花瓣计数为7)。图5为本技术的一种涡旋光的干涉测量装置的测量结果(干涉强度图中花瓣计数为5)。图中，各标号对应的名称：10‐涡旋光产生单元：101‐泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡旋光的干涉测量装置，其特征在于，包括涡旋光产生单元、控制单元、涡旋光调制单元、共轭涡旋光干涉单元和图像采集单元，其中：所述涡旋光产生单元用于产生涡旋光束；所述涡旋光产生单元包括泵浦光源LD、光束扩展器BE、电脑控制的空间光调制器SLM和第一全反射镜M1；所述控制单元用于改变涡旋光束的传播光路，当控制信号置位时，涡旋光束被反射传输；当控制信号复位时，涡旋光束被透射传输；所述涡旋光调制单元用于对涡旋光束的拓扑荷进行调制；所述涡旋光调制单元包括第二全反射镜M2、第三全反射镜M3、第四全反射镜M4、第一透镜L1、第二透镜L2和涡旋相位板VPP；所述共轭涡旋光干涉单元用于将一束涡旋光分成两束涡旋光，并将其中一束涡旋光转化为另一束的共轭涡旋光，然后对两束光进行干涉；所述共轭涡旋光干涉单元包括第一分束器BS1、第二分束器BS2、第五全反射镜M5、第六全反射镜M6、第七全反射镜M7、第八全反射镜M8和第九全反射镜M9；所述图像采集单元用于对两束共轭涡旋光的干涉强度图进行采集，并对电脑控制的电荷耦合装置CCD两次采集的干涉强度图进行对比，从而获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷，其中拓扑荷包括阶数和符号；所述图像采集单元包括第三透镜L3和电脑控制的电荷耦合装置CCD；所述泵浦光源LD产生激光脉冲，激光脉冲经光束扩展器BE聚焦和扩束后照射到所述电脑控制的空间光调制器SLM上并产生涡旋光束，所述涡旋光束经第一全反射镜M1改变传播方向后进入到所述控制单元；当所述控制单元的控制信号置位时，涡旋光经第一全反射镜M1和控制单元反射后进入共轭涡旋光干涉单元的第一分束器BS1，所述第一分束器BS1将涡旋光束分成两束，其中一束涡旋光依次经过第一分束器BS1、第七全反射镜M7、第八全反射镜M8和第九全反射镜M9的反射后到达第二分束器BS2；另一束涡旋光依次经过第五全反射镜M5、第六全反射镜M6和第二分束器BS2反射后符号变为相反，跟上一束涡旋光同时到达第二分束器BS2，并在此处发生干涉，所述干涉光进入图像采集单元，在所述图像采集单元中根据干涉强度构成的花瓣形状干涉强度图中花瓣的计数就可以获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷的阶数；当控制单元的控制信号复位时，透射过控制单元的涡旋光束经第二全反射镜M2与第三全反射镜M3反射后进入到所述涡旋光调制单元的第一透镜L1，经过第一透镜L1对涡旋光尺寸进行控制后的涡旋光再经过第四全反射镜M4改变光路，改变光路的涡旋光经过涡旋相位板VPP，其拓扑荷增加1阶，然后经第二透镜L2对涡旋光尺寸进行控制，最后又经控制单元透射进入共轭涡旋光干涉单元，然后光路重复上述进入共轭涡旋光干涉单元的光路路线。...

【技术特征摘要】
1.一种涡旋光的干涉测量装置，其特征在于，包括涡旋光产生单元、控制单元、涡旋光
调制单元、共轭涡旋光干涉单元和图像采集单元，其中：
所述涡旋光产生单元用于产生涡旋光束；所述涡旋光产生单元包括泵浦光源LD、光束
扩展器BE、电脑控制的空间光调制器SLM和第一全反射镜M1；
所述控制单元用于改变涡旋光束的传播光路，当控制信号置位时，涡旋光束被反射传
输；当控制信号复位时，涡旋光束被透射传输；
所述涡旋光调制单元用于对涡旋光束的拓扑荷进行调制；所述涡旋光调制单元包括第
二全反射镜M2、第三全反射镜M3、第四全反射镜M4、第一透镜L1、第二透镜L2和涡旋
相位板VPP；
所述共轭涡旋光干涉单元用于将一束涡旋光分成两束涡旋光，并将其中一束涡旋光转
化为另一束的共轭涡旋光，然后对两束光进行干涉；所述共轭涡旋光干涉单元包括第一分
束器BS1、第二分束器BS2、第五全反射镜M5、第六全反射镜M6、第七全反射镜M7、第
八全反射镜M8和第九全反射镜M9；
所述图像采集单元用于对两束共轭涡旋光的干涉强度图进行采集，并对电脑控制的电
荷耦合装置CCD两次采集的干涉强度图进行对比，从而获得涡旋光的整数和半整数拓扑荷，
其中拓扑荷包括阶数和符号；所述图像采集单元包括第三透镜L3和电脑控制的电荷耦合装
置CCD；
所述泵浦光源LD产生激光脉冲，激光脉冲经光束扩展器BE聚焦和扩束后照射到所述
电脑控制的空间光调制器SLM上并产生涡旋光束，所述涡旋光束经第一全反射镜M1改变
传播方向后进入到所述控制单元；
当所述控制单元的控制信号置位时，涡旋光经第一全反射镜M1和控制单元反射后进入
共轭涡旋光干涉单元的第一分束器BS1，所述第一分束器BS1将涡旋光束分成两束，其中一
束涡旋光依次经过第一分束器BS1、第七全反射镜M7、第八全反射镜M8和第九全反射镜
M9的反射后到达第二分束器BS2；另一束涡旋光依次经过第五全反射镜M5、第六全反射
镜M6和第二分束器BS2反射后符号变为相反，跟上一束涡旋光同时到达第二分束器BS2，
并在此处发生干涉，所述干涉光进入图像采集单元，在所述图像采集单元中根据干涉强...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建军，郭邦红，范榕华，张文杰，王钰，张立涛，张盼盼，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：广东;44