基于模式轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)高階及分數(shù)軌道角動量的探測技術.pdf

1、近年來，科學家們對渦旋光進行了很多的研究，光學渦旋是一種具有孤立奇異點的螺旋波前結(jié)構(gòu)，它的振幅為零。渦旋光束的一個簡單的例子就是一個扭曲的光束攜帶有軌道角動量(OAM)，這類光束的相位波前可以用exp(ilφ）來表示，說明光束攜帶的軌道角動量的值為(lh)，l稱為光束的拓撲荷數(shù)。OAM在很多方面都有比較重要的應用，比如光學扳手、光學鑷子和量子信息處理等領域。而探測光束的OAM成為近年來的熱點內(nèi)容，OAM的探測不僅在經(jīng)典光學領域有很重要的

2、應用，在量子光學領域也展現(xiàn)了諸多誘人的應用前景。因此OAM的探測技術是所有應用的核心。
　　本文以具有OAM的拉蓋爾高斯(LG)光束為例，LG光束攜帶的OAM的值為(lh)，與它相對應的不具有OAM的光束為厄米高斯(HG)光束，它們之間可以運用一個模式轉(zhuǎn)換器來進行轉(zhuǎn)換。早在1993年Beijersbergen等人就創(chuàng)造了模式轉(zhuǎn)換器，之后科學家們也進行了很多的研究，但是運用模式轉(zhuǎn)換器所得到的OAM值比較小。本文在原有模式轉(zhuǎn)換器的基礎

3、上，加上一個導軌、三維支架以及一個俯仰角，讓它變成一個高效的模式轉(zhuǎn)換器去探測高階和分數(shù)階OAM。正是由于模式轉(zhuǎn)換器這種良好的魯棒性，實驗中可以探測到的標準LG光束的OAM的值高達l=100。將高階的LG光束轉(zhuǎn)換為HG光束，它由橫向花瓣和縱向花瓣組成的二維晶格，可以根據(jù)它們之間的關系:l=n-m和p=min(m，n)推測出高階LG光束所攜帶的OAM和徑向指數(shù)p，高階OAM光束在粒子操控和量子信息處理方面有更潛在的應用;其次將分數(shù)階的OAM

4、進行轉(zhuǎn)換，運用空間光調(diào)制器，通過加載不同的全息圖將方位角指數(shù)l的值設定為不同的分數(shù)，從而產(chǎn)生不同分數(shù)階的OAM光束;最后讓這些分數(shù)階的OAM光束通過一個模式轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為一種類似于HG的光束的二維光學晶格。通過觀察所得到的光束會發(fā)現(xiàn)它們的演變過程呈現(xiàn)一定的規(guī)律:當l變?yōu)閘+0.5時，轉(zhuǎn)換得到的光束開始擠壓，一個新的花瓣出現(xiàn)在左邊，直至l變?yōu)閘+1，增加了一個完整的花瓣。這個結(jié)果說明了花瓣的產(chǎn)生是在方位角指數(shù)增加0.5的時候。分數(shù)階OAM