基于涡旋光多普勒效应的旋转柱体转速探测

发布时间：2021-02-04 21:05

　　作为具有螺旋形相位、携带有轨道角动量的结构光束,涡旋光的多普勒效应与经典平面波束多普勒效应相比,多出了垂直于光束截面内的相对运动引起的频移分量。建立速度-坡印廷矢量模型和相位调制模型来研究涡旋光的线性与旋转多普勒效应,得出了复合运动下涡旋光多普勒频移的产生规律。在此基础上,针对旋转柱体这一典型的空间运动目标,采用两种模型分别对其表面产生的多普勒频移进行分析,得到的相同结果证明了理论分析方法的正确性。揭示涡旋光探测旋转柱体的频移分布规律,并探究了不同涡旋光半径和不同柱体尺寸对探测结果的影响。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(20)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

微小散射体的运动分解与投影示意图。

式中:随时间变化的相位ψ(t)=2kz(t)+Φ[r⊥(t)];I0为散射光的光场强度。将物体表面回波的相位对时间进行求导,可得到波束振动的空间相位角频率为

图3(a)是涡旋光正入射旋转柱体的主视图(沿着涡旋光传播方向的截面图),β表示xoy平面内散射点位置与x轴之间的夹角。图3(c)是涡旋光正入射旋转柱体的侧视图,γ表示zoy平面内原点与散射点位置连线与z轴负方向之间的夹角。通过γ和β,便可以确定散射点在柱面上的位置,在同一空间坐标系下,sin β=Rsin γ/r,其中R表示旋转柱体半径。采用速度-波矢模型分析,旋转柱体表面任意微小散射体沿涡旋光束圆周方向的速度可表示为v⊥t=ΩRcos γcos β。沿涡旋光束传播方向的速度可表示为v‖=ΩRsin γ。结合γ和β之间的关系,将两个方向的运动速度代入(2)式,可得最终涡旋光产生的多普勒频移大小为

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3018936