[发明专利]一种中红外波段超快涡旋激光检测装置及其方法

权利要求书

1.一种中红外波段超快涡旋激光检测装置，其特征在于，包括激光光源(1)、第一半波片(4)、偏振分束镜(5)、反射组件和输出镜(10)；

所述反射组件包括第一全反射镜(7)和第二全反射镜(8)；

第一半波片(4)和偏振分束镜(5)均转动调节布置，并与第二全反射镜(8)依次布置在同一准直光路上，第一全反射镜(7)设置在偏振分束镜(5)的一侧；

激光光源(1)先经过第一半波片(4)和偏振分束镜(5)后进行反射和透射，再对应经过第一全反射镜(7)和第二全反射镜(8)，最后从输出镜(10)反射和透射发生光外差干涉；

所述输出镜(10)处设有用于检测干涉信号的CDD图像传感器(13)；

根据激光光源(1)为标量光束、相位涡旋光束、不带螺旋相位的矢量光束、矢量涡旋光束，选择性的使用波片组(6)和扩束镜(9)；

所述第一全反射镜(7)与偏振分束镜(5)之间设有波片组(6)，所述第二全反射镜(8)与输出镜(10)之间设有用于扩束的扩束镜(9)。

2.根据权利要求1所述的一种中红外波段超快涡旋激光检测装置，其特征在于，所述波片组(6)包括1或2个第二半波片；

当为2个第二半波片时，2个第二半波片沿着光路依次排列。

3.根据权利要求2所述的一种中红外波段超快涡旋激光检测装置，其特征在于，所述扩束镜(9)的焦距为f≥100。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种中红外波段超快涡旋激光检测装置，其特征在于，所述激光光源(1)与第一半波片(4)之间依次设有相互平行的孔径光阑Ⅰ(2)和孔径光阑Ⅱ(3)；

输出镜(10)与CCD图像传感器(13)之间依次设置有相互平行的孔径光阑Ⅲ(11)和孔径光阑Ⅳ(12)。

5.一种中红外波段超快涡旋激光检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

a.激光光源(1)产生激光，通过相互平行的孔径光阑Ⅰ(2)和孔径光阑Ⅱ(3)后，经第一半波片和偏振分束镜(5)反射和透射后分别作为信号光和参考光；

b.选择性的使用波片组(6)和扩束镜(9)，波片组(6)设置在偏振分束镜(5)与第一全反射镜(7)之间，用于用于旋转波片组(6)调整信号光的偏振方向；扩束镜(9)设置在第二全反射镜 (8)与输出镜(10)之间；

信号光经波片组(6)旋转偏振方向后先照射到第一全反射镜(7)上，再反射至输出镜(10)上；参考光经第二全 反射镜(8)、扩束镜(9)反射至输出镜(10)，所述信号光和参考光经过输出镜(10)反射和透射后均发生光外差干涉；

干涉后的激光经过相互平行的孔径光阑Ⅲ(11)和孔径光阑Ⅳ(12)，通过CCD图像传感器(13)检测信号光与参考光的干涉信号；

当激光光源(1)为标量光束时，CCD图像传感器(13)检测标量光束未发生干涉，呈圆形光斑状态；若设置波片组(6)，波片组(6)为第二半波片，信号光经过第二半波片旋转偏振方向，偏振方向发生90°旋转，信号光经偏振分束镜(5)后其偏振方向与偏振分束镜(5)的透射偏振方向一致，标量光束的干涉条纹成明暗条纹状态；

当激光光源(1)为相位涡旋光束时，波片组(6)为一个第二半波片，信号光经第二半波片旋转偏振方向，偏振方向发生90°旋转，CCD图像传感器(13)观测其光斑呈现分叉条纹状态，并通过计算干涉图上下半部分的条纹数并取其差值来确认螺旋相位个数；

当激光光源(1)为不带螺旋相位的矢量光束时，设置扩束镜(9)，若未设置波片组(6)，信号光与参考光经过输出镜(10)反射和透射后光斑重叠，CCD图像传感器(13)检测光斑呈环形光斑状态；若设置波片组，波片组为两个第二半波片，并且快轴夹角为45°，CCD图像传感器(13)检测光斑呈现环形状态，且部分干涉；

当激光光源(1)为矢量涡旋光束时，第二全反射镜 (8)与输出镜(10)之间设有扩束镜(9)，若波片组(6)为一个第二半波片，CCD图像传感器(13)观测光斑呈现两瓣状态；

若未放置波片组，CCD图像传感器(13)检测光斑呈环形状态。

6.根据权利要求5所述的一种中红外波段超快涡旋激光检测方法，其特征在于，

当未放置扩束镜(9)时，参考光为平面波，并且若激光光源(1)无螺旋相位时，CCD图像传感器(13)检测干涉条纹为较好、间距较大的条纹状态；

当放置扩束镜(9)时，参考光为球面波，聚焦镜焦距为f≥100，调整输出镜(10)任意透过率，通过第一半波片(4)和偏振分束镜(5)进行转动调节，改变反射光和透射光的激光光强比，CCD图像传感器(13)检测干涉为涡旋状态。