[发明专利]一种测量部分相干涡旋光束的复相干度的方法及系统

说明书

本发明公开了一种测量部分相干涡旋光束复相干度的方法及系统，该方法包括：记录待部分相干涡旋光束的光强；对待测部分相干涡旋光束引入三次不同相位赋值的扰动；对扰动后的待测部分相干涡旋光束进行傅里叶变换，并记录三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干涡旋光束的交叉谱密度函数；利用交叉谱密度函数和待测部分相干涡旋光束的光强得到待测部分相干涡旋光束的复相干度。从复相干度的相位分布图中可以直接观测相干奇点，从而得到待测部分相干涡旋光束的拓扑荷数大小和正负信息，对激光加工、光镊以及原子冷却等领域具有重要意义。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，特别涉及一种测量部分相干涡旋光束的复相干度的方法及系统。

背景技术

奇点光学作为现代光学的重要分支，吸引了国内外大量研究者的关注。所谓奇点，即光场中某些参数无法定义的点，例如Nye和Berry提出并定义的相位奇点，最典型的相位奇点是涡旋光束，完全相干条件下，涡旋光束中心光强为零，而相位呈现螺旋结构渐变，其交叉中点相位不确定，即为相位奇点。

涡旋光束在激光微粒俘获、显微操控、信息编码以及光学信息传输方面有着巨大的应用前景，1992年，Allen等人提出相位为的涡旋光束，每一个光子都携带一个轨道角动量其中，l为拓扑荷数，因此，对涡旋光束拓扑荷的测量是一项非常重要的工作，针对完全相干或相干度较高的涡旋光束，测量拓扑荷的方法主要分为三种：干涉法、衍射法和光强分析法，但当相干度降低，原有的针对完全相干或相干度较高的涡旋光束的拓扑荷测量方法将逐渐失效。然而当相干度降低，涡旋光束的中心光强不再为零，逐渐变成实心，原本定义的相位奇点逐渐消失，但在2004年，Palacios等人提出，当相干度降低，在涡旋光的空间相干结构里，稳定存在着一种奇点，叫作相干奇点。而在实际应用中，部分相干涡旋光束在激光加工、光镊以及原子冷却等方面有着独特的优势。如果能够测量得到部分相干涡旋光束的复相干度，那么从复相干度的振幅和相位分布图中即可观测到相位奇点的分布，从而得到部分相干涡旋光束的拓扑荷数大小和正负信息，而目前正缺少一种能够测量部分相干涡旋光束复相干度的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何通过对部分相干涡旋光束引入三次扰动来计算交叉谱密度函数，并由交叉谱密度函数得到部分相干涡旋光束的复相干度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测量部分相干涡旋光束的复相干度的方法，包括：

记录待部分相干测涡旋光束的光强；

对所述待测部分相干涡旋光束引入三次不同相位赋值的扰动；

对扰动后的待测部分相干涡旋光束进行傅里叶变换，并记录三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；

根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干涡旋光束的交叉谱密度函数；

根据复相干度的定义，利用所述交叉谱密度函数和待测部分相干涡旋光束的光强得到待测部分相干涡旋光束的复相干度；

作为本发明的进一步改进，所述根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干涡旋光束的交叉谱密度函数，具体包括：

首先，在不引入扰动的情况下，待测部分相干涡旋光束在傅里叶平面的光强表示为：

I₀(ρ)＝∫∫W(r₁,r₂)exp[-i2πρ(r₁-r₂)]dr₁dr₂