摘要

旋轉多普勒效應（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物體之間的相互作用機制。

主要內容

課題組基于UPOLabs的HDSLM80R液晶空間光調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檢測系統中探測光束與旋轉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探測光束更強。探針光束準備、旋轉物體和強度測量均在原理驗證實驗中實現。課題組闡明了探針光束與旋轉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，并提取出旋轉物體的更多結構信息。

基于RDE遠程測量物體轉速的示意圖

課題組還提出了用于估算協同探測光束和旋轉物體的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物體來檢驗傳統探針光束和增強探針光束的效率。然后，在 RDE 檢測系統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) 水母的振幅調制。(b) 水母的 LG 模式頻譜。(c) 表示根據旋轉角度測量到的強度。(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