- Технические характеристики
- Изображения
- Список Компонентов
- Техническое описание
Вихревой свет - это особый луч света, который несет спиральную фазу, и его фазовое выражение имеет термин exp (ilφ). Фаза окружающего вихревого поля изменяется на 2nl, а средний орбитальный угловой момент каждого фотона в пучке равен lℏ. Топологический заряд l может быть целым числом или дробью, положительным или отрицательным числом. В центре фазы, независимо от величины топологического заряда, всегда находится темное ядро, называемое фазовой сингулярностью. Значение интенсивности света здесь равно, поэтому вихревой луч также является полым лучом. Вихревые оптические пинцеты, использующие характеристики вихревых пучков, могут захватывать частицы и манипулировать их вращением произвольность топологического зарядового числа позволяет людям использовать орбитальный угловой момент вихревого пучка для реализации кодирования многомерных данных. LBTEK предлагает удобную в использовании систему интерференции вихревых пучков, которая позволяет легко наблюдать явление интерференции между вихревыми пучками с различными топологическими зарядами и плоскими или сферическими волнами. Как показано на рисунке, схема оптического пути интерференционной системы вихревого луча: 1) Измените относительное положение оптической оси двух поляризаторов, чтобы отрегулировать интенсивность лазера, и отрегулируйте состояние поляризации лазера на линейно поляризованный свет, что может улучшить интерференционный контраст; 2) Разделенные лучи объединены в интерферометр Маха Зенде, одно оптическое плечо представляет собой вихревой луч, другое оптическое плечо представляет собой плоскую волну или сферическую волну; 3) В одном оптическом плече четвертьволновая пластина используется для преобразования линейно поляризованного света в циркулярно поляризованный свет; 4) В другом оптическом рычаге можно использовать линзу для преобразования плоской волны, излучаемой лазером, в сферическую волну; 5) Относительное положение линзы и CCD-матрицы влияет на эффект наблюдения. 6) Поляризатор и 1/4 волновая пластина установлены во вращающейся регулировочной раме. 7) Используйте рамку регулировки смещения, чтобы направить луч света в центр вихревого волнового слоя. 8) Механические части, используемые для удержания лазера и зеркала, могут регулировать высоту и наклон. Система интерференции вихревых пучков, поставляемая компанией LBTEK, стандартно поставляется с вихревым волноводом с топологическим зарядом 1. |
| |
| ||
Система интерференции вихревого луча
1. Знакомство с вихревым пучком.
Выражение светового поля вихревого луча, распространяющегося вдоль оси z в цилиндрических координатах, можно выразить как:
Среди них E 0 представляет интенсивность амплитуды,
l представляет топологический заряд, k=2π/λ представляет волновое число и θ представляет собой азимутальный угол. Видно, что фазовое распределение вихревого пучка имеет вид:
Рис . 1. Распределение фаз вихревого пучка, соответствующее различным значениям топологического заряда.
Некоторые основные свойства вихревых пучков можно увидеть из уравнений ( 1) и (2). Вихревой свет представляет собой особый световой луч, несущий спиральную фазу, и его фазовое выражение имеет термин exp(ilθ). Фаза вихревого поля меняется на 2πl по окружности, а средний орбитальный угловой момент каждого фотона в пучке равен lh. Топологический заряд l может быть целым или дробным, положительным или отрицательным числом.Распределение фазы при различных топологических зарядах показано на рисунке 1. Из рисунка 1 видно, что когда топологический заряд является целым положительным числом, фаза увеличивается по часовой стрелке от 0 до 2π целое число раз, а отрицательный целый топологический заряд соответствует фазе, которая увеличивается против часовой стрелки от 0 до 2π. 2π целых раз, а дробный. Фаза вихревого пучка первого порядка искажается, но изменения фаз положительного и отрицательного дробных порядков по-прежнему противоположны. В фазовом центре, независимо от топологического заряда, всегда есть темное ядро, называемое фазовой сингулярной точкой , где значение интенсивности света равно 0, как показано на рисунке 2, поэтому вихревой луч также является полым лучом.
Рис. 2. Распределение интенсивности вихревого пучка, соответствующего различным топологическим зарядам.
2. Используйте вихревые волновые пластины для создания вихревых пучков.
Вихревая волновая пластина представляет собой зависящий от поляризации фазовый элемент PB, который производит винтовую фазовую модуляцию падающего светового луча в зависимости от состояния поляризации падающего света. Далее процесс генерации вихревого луча через вихревую волновую пластину будет объяснен с точки зрения расчета матрицы Джонса.
Матрица Джонса [1] вихревой волновой пластинки может быть выражена как:
где R(θ) — матрица вращения:
Когда падающий свет представляет собой левосторонний свет с круговой поляризацией, падающее световое поле равно E in1 (x,y)=E 0 [1 i] T , тогда исходящее световое поле равно:
Когда падающий свет является правосторонним светом с круговой поляризацией, падающее световое поле равно E in2 (x,y)=E 0 [1 -i] T , тогда исходящее световое поле равно:
В уравнениях ( 5) и (6) exp[i2θ(x,y)] и exp[-i2θ(x,y)] являются спиральными фазовыми факторами. Видно, что когда падающий левосторонний циркулярно поляризованный свет проходит через вихревую волну. После волновой пластинки она превращается в вихревой луч с правой циркулярной поляризацией; когда падающий свет с правой циркулярной поляризацией является светом с правой циркулярной поляризацией, он превращается в вихрь с левой циркулярной поляризацией. луч после прохождения через вихревую волновую пластину.
Когда падающий свет представляет собой линейно поляризованный свет, предполагая, что линейно поляризованный свет поляризован вдоль направления x , состояние поляризации падающего света можно выразить как:
E in3 (x,y)=E 0 [1 0] T , возникающее световое поле:
Видно, что при падении линейно поляризованного света на вихревую волновую пластинку излучаемый свет не содержит спирального фазового фактора. Следовательно, при использовании вихревой волновой пластины для генерации вихревого света перед ней необходимо разместить линейный поляризатор и волновую пластину 1/4, чтобы гарантировать, что свет, падающий на вихревую волновую пластину, имеет круговую поляризацию.
Взаимосвязь между вихревой волновой пластиной серии m , предоставленной Lubang Technology , и топологическим зарядом генерируемого вихревого луча составляет: l=m .
3. Интерференция вихревого пучка и плоских волн.
Рис. 3. Распределение интенсивности интерференции вихревого света и плоских волн с разными топологическими зарядами.
Выражение комплексной амплитуды нормализованной плоской волны можно упростить до:
В то же время упростим формулу ( 1) до:
Интенсивность света после интерференции плоской волны и вихревого света равна:
Используя уравнение ( 10), можно нарисовать распределение интенсивности света после интерференции плоских волн и вихревого света, как показано на рисунке 3. Видно, что интерференция плоских волн и вихревого света приводит к появлению вилкообразных полос. Когда l является целым числом, в сингулярности фазы генерируются l бифуркаций. Направления бифуркаций, соответствующие целым положительным и отрицательным числам, противоположны. Когда l является дробным, интерференционные полосы искажаются [ 2] . фазовая сингулярность, вилка, левая полоса также сдвинута.
4. Интерференция вихревого пучка и сферической волны.
Рис. 4. Распределение интенсивности интерференции вихревого света и сферических волн с разными топологическими зарядами.
Выражение комплексной амплитуды нормализованной сферической волны можно упростить до:
Интенсивность света после интерференции с вихревым светом, выраженная уравнением ( 9), равна:
Используя уравнение ( 12) , можно нарисовать распределение интенсивности света после интерференции сферических волн и вихревого света, как показано на рисунке 4. Видно, что интерференция сферических волн и вихревого света образует спиральные полосы. Когда l является целым числом, в фазовой сингулярности генерируются l спиралей. Направления спирали, соответствующие положительным и отрицательным целым числам, противоположны. Когда l является дробным, интерференционные полосы искажаются [2] , создавая не только спиральное распределение в фазовая сингулярность, но и левая полоса тоже сдвинута.
Рекомендации
[1] Лоренцо Марруччи, Вращающийся свет со светом: Генерация спиральных мод света путем преобразования спин-орбитального углового момента в неоднородных жидких кристаллах [J]. Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы, 2008, 488, 148-162.
[2] Сюй Лицзюань, Исследование генерации и характеристик вихревых пучков [D], Ханчжоу: Университет Чжэцзян, 2014.
Вихревая оптическая интерференционная система
- Длина волны лазера: 520 нм
- Устанавливается на макетную доску размером 30 х 60 см
- Интерференционная структура Махзендэ
- Регулируемая интенсивность лазерного излучения
- Регулируемая поляризация лазера
- Черно-белая CMOS-камера
Система LBTEK vortex beam interference system поставляется в виде деталей и комплектующих, включая макетные платы, модули источников света, интерферометрические модули, модули преобразования вихревого света, модули CMOS-камер, средства отладки оптического тракта и подробные руководства по эксплуатации. Пользователи могут установить и использовать его самостоятельно в соответствии с инструкциями по установке системы, приведенными в руководстве по продукту.
JoomShopping Download & Support
