Vectorial Doppler metrology.
Vectorial Doppler metrology.
复制标题
矢量多普勒计量
DOI：
10.1038/s41467-021-24406-z
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发表时间：
2021-07-07
影响因子：
16.6
通讯作者：
Wang J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fang L;Wan Z;Forbes A;Wang J
多普勒效应是一种普遍的波现象，它激发了无数的应用。在早期的表现形式中，它是通过与参考波干涉来推断沿运动方向的线速度，而最近则利用标量相位结构光来推断横向和角速度。标量波方法的一个结果是，直接推断运动目标的运动方向在技术上具有挑战性。在这里，我们利用具有空间变化偏振的矢量结构光克服了这一挑战，从而能够完全确定运动粒子的速度和运动方向。利用我们所谓的矢量多普勒效应，我们进行了原理验证实验，并成功测量了一个运动的各向同性粒子的旋转速度（大小和方向）。在知道其起始位置并进行连续跟踪的条件下，还对运动粒子的瞬时位置进行了跟踪。此外，我们讨论了它在各向异性粒子检测中的适用性，并展示了它区分各向异性粒子的旋转和自旋以及测量其旋转速度和自旋速度（大小和方向）的潜力。我们的演示为利用矢量结构光进行通用运动矢量检测的矢量多普勒计量学开辟了道路。
多普勒效应是一种波现象，它可以利用标量波找到运动目标的速度大小。在这里，作者们利用具有空间变化偏振的矢量结构光来完全确定运动粒子的速度大小和运动方向。
The Doppler effect is a universal wave phenomenon that has spurred a myriad of applications. In early manifestations, it was implemented by interference with a reference wave to infer linear velocities along the direction of motion, and more recently lateral and angular velocities using scalar phase structured light. A consequence of the scalar wave approach is that it is technically challenging to directly deduce the motion direction of moving targets. Here we overcome this challenge using vectorially structured light with spatially variant polarization, allowing the velocity and motion direction of a moving particle to be fully determined. Using what we call a vectorial Doppler effect, we conduct a proof of principle experiment and successfully measure the rotational velocity (magnitude and direction) of a moving isotropic particle. The instantaneous position of the moving particle is also tracked under the conditions of knowing its starting position and continuous tracking. Additionally, we discuss its applicability to anisotropic particle detection, and show its potential to distinguish the rotation and spin of the anisotropic particle and measure its rotational velocity and spin speed (magnitude and direction). Our demonstration opens the path to vectorial Doppler metrology for detection of universal motion vectors with vectorially structured light.
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