摘要

旋轉(zhuǎn)多普勒效應（RDE）在從聲學到光學的各個研究領域都備受關注。RDE的觀測主要取決于探針光束的軌道角動量，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)制器搭建了實驗裝置，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。

實驗設置

實驗表明，在探測具有復雜徑向結構的物體時，徑向模敏感探測光束比傳統(tǒng)探測光束更強。探針光束準備、旋轉(zhuǎn)物體和強度測量均在原理驗證實驗中實現(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，從而大大增強 RDE 檢測中最終信號的強度，并提取出旋轉(zhuǎn)物體的更多結構信息。

基于RDE遠程測量物體轉(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，通過兩個步驟的實驗來證明。首先，使用兩個預設的簡單旋轉(zhuǎn)物體來檢驗傳統(tǒng)探針光束和增強探針光束的效率。然后，在 RDE 檢測系統(tǒng)中成功觀測到一個復雜的水母圖案。

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

(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)角度測量到的強度。(d) 表示相應的 RDE 頻率偏移。R.I. 表示歸一化相對強度

理論和實驗證明，由于探針光束和物體之間的拓撲光譜正交性，徑向LG模式在RDE觀測中起著至關重要的作用。通過采用多個徑向 LG 模式來增強探測光束，從而使 RDE 檢測對含有復雜徑向結構的物體更加敏感。此外，還提出了這項工作有望改進RDE檢測方法，并將相關應用推向一個新的平臺。

審核編輯：湯梓紅