基于螺旋光束的流动涡量测量
光学
2015-07-30 v1
摘要
涡量描述流体中每一点的旋转运动，即旋转的倾向。进行准确且局域化的涡量测量的兴趣反映了这样一个事实：许多表征流体动力学的量与涡量场紧密绑定，涡量场在许多流动状态中是速度统计的有效描述子。它描述了自然层流、转捩和湍流前沿的相干结构和涡相互作用。涡量的测量在诸多研究领域至关重要，如生物微流控、海洋和大气边界层中的复杂运动以及流体空气动力学中的尾流湍流。然而，流动涡量的精确测量是困难的。在此，我们提出一种光学传感技术，利用拉盖尔-高斯（LG）光束直接测量流体中的涡量，这种光束表现出方位角相位变化，这是其特有的非零轨道角动量的起源。关键点在于利用返回信号的横向多普勒效应，该效应仅依赖于沿环形观测光束的流动速度的方位角分量。我们通过实验方法的详细分析发现，用LG光束探测流体是一种有效且简单的传感技术，能够产生对流动涡量的准确估计。
引用
@article{arxiv.1507.07986,
title = {A Measure of Flow Vorticity with Helical Beams of Light},
author = {Aniceto Belmonte Carmelo Rosales-Guzmán and Juan P. Torres},
journal= {arXiv preprint arXiv:1507.07986},
year = {2015}
}