【技术实现步骤摘要】
一种粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量方法和装置
本专利技术属于光学测量领域，更具体地，涉及一种粒子螺旋运动的全矢量信息测量方法和装置。
技术介绍
螺旋运动的粒子在自然界中是常见的，比如，几乎所有长度小于0.5毫米的水生微生物的游动都呈现螺旋状。螺旋运动作为一种复合的三维运动形式，对其进行测量是具有意义的，同时也是具有挑战的。在以往的技术方案中，研究者们通过对二维的扩展测量来观测粒子的三维运动，比如采用摄像机或显微镜的标准光学系统，或采用具有大量数值计算的数字全息技术，但这些方案很难获得粒子运动信息的精确数值。众所周知，多普勒效应被广泛应用于物体运动速度的测量，基于其发展起来的测量技术具有测量精度高、测量范围广、非接触等优势。一般而言，根据测量运动形式的不同，多普勒效应能被分为线性多普勒效应和旋转多普勒效应，其中，前者描述高斯光束在平移运动过程中产生的频移；后者描述涡旋光束在旋转运动过程中产生的频移。基于线性多普勒效应的测量技术通常被应用于确定平行于照明光束传播方向的速度分量，但直接利用这种技术来测量粒子的螺旋运动时，...
【技术保护点】
1.一种粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量方法，其特征在于，包括利用具有强度与相位空间分布的圆偏振的第一结构光作为探测光照射螺旋运动的粒子，利用与所述探测光呈镜像的强度与相位空间分布的线偏振的第二结构光作为参考光，所述螺旋运动的粒子反射回来的探测光与所述参考光相干叠加，得到包含粒子螺旋运动信息的叠加光场，通过检测叠加光场，获取粒子的螺旋运动的全矢量信息，包括平移运动分量的速度大小和方向以及旋转运动分量的速度大小和方向，实现粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量。/n
【技术特征摘要】
1.一种粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量方法，其特征在于，包括利用具有强度与相位空间分布的圆偏振的第一结构光作为探测光照射螺旋运动的粒子，利用与所述探测光呈镜像的强度与相位空间分布的线偏振的第二结构光作为参考光，所述螺旋运动的粒子反射回来的探测光与所述参考光相干叠加，得到包含粒子螺旋运动信息的叠加光场，通过检测叠加光场，获取粒子的螺旋运动的全矢量信息，包括平移运动分量的速度大小和方向以及旋转运动分量的速度大小和方向，实现粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一结构光和第二结构光均包含两个不同轨道角动量拓扑荷数的分量，且这两个分量的光强不同，所述参考光与所述探测光呈镜像，即所述参考光与所述探测光的轨道角动量拓扑荷数值相反，所述探测光的光强大于所述参考光光强。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述螺旋运动的粒子的位置处于第一结构光两个轨道角动量拓扑荷分量的交叠区域内，将粒子的螺旋运动分解为平移运动分量和旋转运动分量，粒子的旋转中心与探测光光场中心保持重合，粒子的平移运动方向与入射的探测光光轴方向一致，粒子在其平移运动方向上对光具有高反射。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，对叠加光场的检测分为两路进行，每一路分别经过一个偏振方向正交且分别与参考光偏振方向呈45度夹角的检偏器，再分别经过一个探测器将随时间变化的光强度信号转换为电信号，最后通过傅里叶分析的频谱与相位谱获取粒子螺旋运动的全矢量运动信息。
5.一种粒子螺旋运动的全矢量运动信息测量装置，其特征在于，包括结构光光源，分束器，反射镜，四分之一波片，半波片，合束器和检测装置，所述结构光光源用于产生结构光作为光源，所述分束器用于将结构光分为两束分别作为探测光与参考光，所述反射镜用于调整探测...
【专利技术属性】
技术研发人员：王健，万镇宇，方良，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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