一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法及装置

技术特征：
1.一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，包括：获取部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束；基于所述部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束，获得未加入摄动聚焦后光束的第一光强；在所需平面上的部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束分别添加位置相同，摄动不同的第二摄动点和第三摄动点，获得聚焦后光束的第二光强和第三光强；将所述第一光强分别与所述第二光强和所述第三光强作差后，通过逆傅里叶变换得交叉谱密度函数；利用所述交叉谱密度函数得交叉谱密度相位图，测量出部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷数和所述拓扑荷数正负性。2.如权利要求1所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，所述获取部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束在源平面的交叉谱密度表达式为：其中，l为光束的拓扑荷数，k
r
为光束的径向波数，w0为光束在源平面的束腰宽度，j
l
(
·
)为第一类贝塞尔函数，i为虚数单位，σ0为部分相干光的相干宽度，r1,r2为源平面的矢量极坐标系，r1,r2,θ1,θ2为源平面的标量极坐标系，r1,r2分别为r1,r2的径向分量，θ1,θ2分别为r1,r2的角向分量，w0(r1,r2,0)为源平面的交叉谱密度，*为共轭符号。3.如权利要求2所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，所述基于所述部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束，获得未加入摄动聚焦后光束的第一光强，所述第一光强表达式为：i0(ρ)＝∫∫w(u1,u2,z)exp(-2πiρ(u
1-u2))du1du2其中，u1,u2为待测平面的矢量极坐标系，z为传输距离，ρ为焦场平面的矢量极坐标系，w(u1，u2，z)为传输距离为z时的交叉谱密度。4.如权利要求2所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，所述利用空间光调制器在所需平面上的部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束分别添加位置相同，摄动不同的第二摄动点和第三摄动点，获得聚焦后光束的第二光强和第三光强，所述第二光强表达式为：i1(ρ)＝i0(ρ) |c1|2w(u0，u0，z) ∫w(u0 u，u0，z)c
1*
exp(-2πiρu)du ∫w(u0，u
0-u，z)c1exp(-2πiρ(-u))d(-u)其中，u为待测平面的矢量极坐标系，并在待测平面u0点处加入相位摄动，z为传输距离，ρ为焦场平面的矢量极坐标系，i0(ρ)为第一光强，i为虚数单位，c1为复相位摄动常数，所述第三光强表达式为：i2(ρ)＝i0(ρ) |c2|2w(u0，u0，z) ∫w(u0 u，u0，z)c
2*
exp(-2πiρu)du ∫w(u0，u
0-u，z)c2exp(-2πiρ(-u))d(-u)其中，c2为复相位摄动常数，5.如权利要求2所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，
所述将所述第一光强分别与所述第二光强和所述第三光强作差后，通过逆傅里叶变换得交叉谱密度函数包括：将所述第一光强与所述第二光强作差并进行逆傅里叶变换，得：f-1
(i1(ρ)-i0(ρ))＝w(u0 u，u0，z)c
1*
w(u0，u
0-u，z)c1ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，f-1
为逆傅里叶变换，i0(ρ)为第一光强，i1(ρ)为第二光强，u0,u为待测平面，z为传输距离，c1为复相位摄动常数，将所述第一光强与所述第三光强作差，得：f-1
(i2(ρ)-i0(ρ))＝w(u0 u，u0，z)c
2*
w(u0，u
0-u，z)c2ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，i2(ρ)为第三光强，c2为复相位摄动常数，将所述公式(1)与所述公式(2)合并计算，得交叉谱密度函数，所述交叉谱密度函数表达式为：6.如权利要求1所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，其特征在于，所述利用所述交叉谱密度函数得交叉谱密度相位图，测量出部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷数和所述拓扑荷数正负性包括：基于所述交叉谱密度相位函数求得辐角，得到所述交叉谱密度相位函数的相位图；通过所述交叉谱密度相位函数的相位图，获得传输平面光束的相位奇点，测量出部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷数；利用所述交叉谱密度函数相位旋转方向，得所述拓扑荷数正负性。7.一种实现如权利要求1-6任一项所述方法的部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量装置，其特征在于，包括：部分相干贝塞尔高斯涡旋光束生成装置，用于生成部分相干贝塞尔高斯涡旋光束；相机，用于采集光强信息；空间光调制器，用于在所需平面上的部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束添加相位摄动信息；分束镜，用于将光束分为两束光。8.如权利要求7所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量装置，其特征在于，所述部分相干贝塞尔高斯涡旋光束生成装置包括依次布置的激光器、第一透镜、旋转毛玻璃、第二透镜、高斯滤波片、锥透镜、第一空间光调制器；所述激光器产生光束，通过所述旋转毛玻璃控制光束的横向相干宽度；利用所述高斯滤波片控制光束的初始束腰宽度，光束照射至所述锥透镜，生成拥有近似0阶贝塞尔-高斯包络的无涡旋相位的部分相干光；所述无涡旋相位的部分相干光通过加载有涡旋相位全息图的所述第一空间光调制器，生成的光束为部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷测量方法，包括：获取部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束，基于部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束，获得未加入摄动聚焦后光束的第一光强，在所需平面上的部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束分别添加位置相同，摄动不同的第二摄动点和第三摄动点，获得聚焦后光束的第二光强和第三光强，将所述第一光强分别与所述第二光强和所述第三光强作差后，通过逆傅里叶变换得交叉谱密度函数，利用所述交叉谱密度函数得交叉谱密度相位图，测量出部分相干贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷数和所述拓扑荷数正负性，实现了应用于低相干度光束的拓扑荷测量，且其测量准确度不随相干度变化而变化，解决了无法测量拓扑荷数正负的缺点。数正负的缺点。数正负的缺点。


技术研发人员：赵承良 朱俊安 卢兴园 张浩 王卓异 蔡阳健
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2022.08.12
技术公布日：2022/11/18