一種對徑向模式敏感的探測光束

摘要

旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)（RDE）在從聲學(xué)到光學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域都備受關(guān)注。RDE的觀測主要取決于探針光束的軌道角動(dòng)量，而徑向模式給人的印象卻很模糊。為了澄清徑向模式在RDE探測中的作用，課題組基于完整的拉蓋爾-高斯（LG）模式揭示了探測光束與旋轉(zhuǎn)物體之間的相互作用機(jī)制。

主要內(nèi)容

課題組基于UPOLabs的HDSLM80R液晶空間光調(diào)制器搭建了實(shí)驗(yàn)裝置，提出了一種對徑向模式敏感的探測光束，并對RDE檢測系統(tǒng)中探測光束與旋轉(zhuǎn)物體之間的相互作用建立了完整的物理描述。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)表明，在探測具有復(fù)雜徑向結(jié)構(gòu)的物體時(shí)，徑向模敏感探測光束比傳統(tǒng)探測光束更強(qiáng)。探針光束準(zhǔn)備、旋轉(zhuǎn)物體和強(qiáng)度測量均在原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。課題組闡明了探針光束與旋轉(zhuǎn)物體之間的徑向相互作用。在這種相互作用的幫助下，探針光束可以得到改進(jìn)，從而大大增強(qiáng) RDE 檢測中最終信號的強(qiáng)度，并提取出旋轉(zhuǎn)物體的更多結(jié)構(gòu)信息。

基于RDE遠(yuǎn)程測量物體轉(zhuǎn)速的示意圖

課題組還提出了用于估算協(xié)同探測光束和旋轉(zhuǎn)物體的LG分量的模式利用率的公式，通過兩個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)來證明。首先，使用兩個(gè)預(yù)設(shè)的簡單旋轉(zhuǎn)物體來檢驗(yàn)傳統(tǒng)探針光束和增強(qiáng)探針光束的效率。然后，在 RDE 檢測系統(tǒng)中成功觀測到一個(gè)復(fù)雜的水母圖案。

LG 模式融合測量。(a) 和 (b) 表示測量到的 強(qiáng)度取決于旋轉(zhuǎn)角度。(c) 和 (d) 表示相應(yīng)的 RDE 頻率偏移。R.I. 表示歸一化相對強(qiáng)度

(a) 水母的振幅調(diào)制。(b) 水母的 LG 模式頻譜。(c) 表示根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度測量到的強(qiáng)度。(d) 表示相應(yīng)的 RDE 頻率偏移。R.I. 表示歸一化相對強(qiáng)度

理論和實(shí)驗(yàn)證明，由于探針光束和物體之間的拓?fù)涔庾V正交性，徑向LG模式在RDE觀測中起著至關(guān)重要的作用。通過采用多個(gè)徑向 LG 模式來增強(qiáng)探測光束，從而使 RDE 檢測對含有復(fù)雜徑向結(jié)構(gòu)的物體更加敏感。此外，還提出了這項(xiàng)工作有望改進(jìn)RDE檢測方法，并將相關(guān)應(yīng)用推向一個(gè)新的平臺。

審核編輯：湯梓紅