本研究的主要作者包括Amit Yadav、Tushar Sarkar、Takamasa Suzuki和Rakesh Kumar Singh。研究团队分别来自印度理工学院（BHU）信息光子学与光学计量实验室、深圳大学物理与光电子工程学院以及日本新潟大学电气与电子工程系。该研究发表于期刊《Optics and Lasers in Engineering》，并于2025年10月23日被接受，2024年11月2日在线发表。
本研究的主要科学领域是光学，特别是涡旋光束（vortex beams, VBs）的拓扑电荷（topological charge, TC）和相位结构的测量。涡旋光束因其携带轨道角动量（orbital angular momentum, OAM）而在现代光学中扮演重要角色。涡旋光束的拓扑电荷决定了其独特的性质，如螺旋波前和相位奇点，这些特性在光学通信、光学捕获、超分辨显微镜、旋转运动测量等领域有广泛应用。然而，传统的测量方法主要针对完全相干的光场，而在低相干背景下的涡旋光束的拓扑电荷测量尚未得到充分研究。因此，本研究旨在提出一种新的单路径干涉测量方法，用于在低相干背景下测量高阶拓扑电荷和相位结构。
本研究包括以下几个主要步骤：
研究团队设计了一种单路径干涉仪，用于在低相干背景下测量涡旋光束的拓扑电荷和相位结构。实验装置包括一个线性偏振激光光源、旋转毛玻璃（RGG）、空间光调制器（SLM）和电荷耦合器件（CCD）。通过RGG引入随机相位模式，破坏光的空间相干性，并在SLM中加载涡旋相位和非涡旋相位。干涉图案通过CCD记录，并通过三步步进相移法恢复相位结构。
实验通过记录干涉图案的强度分布，生成花瓣结构。花瓣的数量直接对应于涡旋光束的拓扑电荷绝对值，而花瓣的旋转方向则指示拓扑电荷的符号。通过三步步进相移法，研究团队能够恢复涡旋光束的相位结构，并进一步分析其拓扑电荷的组成。
研究团队通过实验验证了该方法在测量高阶拓扑电荷（高达150）时的有效性。实验结果表明，该方法能够准确测量低相干背景下的涡旋光束的拓扑电荷和相位结构。
研究的主要结果包括： - 成功测量了低相干背景下的涡旋光束的拓扑电荷，最高可达150。 - 通过花瓣结构的数量确定了拓扑电荷的绝对值，并通过花瓣的旋转方向确定了拓扑电荷的符号。 - 利用三步步进相移法恢复了涡旋光束的相位结构，并验证了其螺旋相位变化。
本研究提出了一种新的单路径干涉测量方法，能够在低相干背景下准确测量涡旋光束的拓扑电荷和相位结构。该方法具有较高的科学价值和应用价值，特别是在光学传感技术、奇异光学和粗糙物体的光学计量等领域。此外，该方法还可以用于测量分数电荷涡旋，进一步扩展了其应用范围。
本研究的亮点包括： - 提出了一种新颖的单路径干涉测量方法，能够在低相干背景下测量高阶拓扑电荷。 - 通过花瓣结构的数量直接确定了拓扑电荷的绝对值，并通过花瓣的旋转方向确定了拓扑电荷的符号。 - 实验验证了该方法在测量高达150的拓扑电荷时的有效性，展示了其在光学传感和计量中的潜在应用。
本研究还探讨了涡旋光束的轨道角动量（OAM）谱，通过投影螺旋模式分析了光束的拓扑电荷组成。这一方法为进一步研究涡旋光束的复杂光学特性提供了新的工具。
本研究得到了印度生物技术部（DBT）、核科学研究委员会（BRNS）和I-DAPT Hub（IIT-BHU）的资助。Amit Yadav感谢印度大学拨款委员会（UGC）提供的资深研究奖学金支持。
综上所述，本研究在光学领域提出了一种创新的测量方法，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。