星朗浩宇｜Phasics 波前傳感器再添新技能，渦旋相位分析（Vortex Analysis）重磅上線

渦旋相位結構的識別與定量分析

在帶有渦旋特征的光場中，相位分布包含相位奇點，且相位圍繞奇點呈螺旋式變化。對于這類光場，除了常規波前信息外，還需要進一步關注奇點位置、拓撲電荷以及不同局部相位結構之間的區分。對于涉及軌道角動量光束表征的相關工作，這些信息直接關系到光場結構的識別與分析。

此前，這部分信息不能直接從軟件結果中獲得。相位奇點的位置及相位跳變特征不能直接輸出，相關判讀需要結合特定mask或特定算法，并配合人工調試完成。

為簡化并自動化這1流程，PhaseStudio新增渦旋相位分析(Vortex Analysis)功能，將原本需要額外處理的識別步驟直接集成到軟件分析中。測量完成后，軟件可自動識別波前中的相位奇點，并直接輸出其空間位置及對應的拓撲電荷(Topological Charge)。同時，軟件還支持對波前中的旋度分量、無旋分量及拉普拉斯相關分量進行分析，使原本嵌套于整體波前中的復雜相位結構能夠被進一步提取與表征。對于光學渦旋、螺旋相位分布及其他復雜拓撲相位結構，這意味著結果不再停留于相位圖本身，而能夠進一步提供可用于定位和定量分析的信息。

圖1：渦旋旋轉相位分布示例，對應檢測到的拓撲電荷約為 9.85。圍繞相位奇點的相位呈連續螺旋變化，形成典型的渦旋結構。圖片來源于Phasics 內部測試數據（PhaseStudio分析結果）。

隨著相位結構復雜度的提升，單純依賴常規相位顯示結果，已經難以完成對局部特征的準確判讀。針對這類情況，PhaseStudio通過更具針對性的分析方式，將復雜波前中的關鍵結構進一步提取出來，為后續定位、分類與定量分析提供更直接的結果基礎。

圖2：更高拓撲電荷條件下的旋轉相位分布示例，對應檢測到的拓撲電荷約為 29.93。隨著拓撲電荷增加，相位在奇點周圍的螺旋結構變得更加密集。圖片來源于Phasics 內部測試數據（PhaseStudio分析結果）。

隨著光場調控技術和復雜波前應用的持續發展，軟件端的作用也不再局限于數據采集與結果顯示。PhaseStudio正在將分析能力進一步延伸到復雜相位結構的識別與表征，使軟件處理流程不僅服務于測量本身，也能夠支撐更深入的結果分析需求。