[发明专利]利用组合半波片检测螺旋光束的轨道角动量的方法和装置

权利要求书

1.一种利用组合半波片检测螺旋光束的轨道角动量的装置，包括组合半波片、四分之一波片、二分之一波片、渥拉斯顿棱镜、聚焦透镜和CCD相机，其特征在于：一束光轴与组合半波片中心重合的螺旋光束垂直透过组合半波片，然后通过一个快轴方向水平的四分之一波片使其变换为两束偏振方向正交的线偏振光，其中一束线偏振光的偏振方向与水平方向成45°，另一束线偏振光的偏振方向与水平方向成135°，再通过一个快轴方向与水平方向成22.5°的二分之一波片，偏振方向变为水平和竖直，通过一个渥拉斯顿棱镜将两束光分离，经聚焦透镜成像后，在焦点处用CCD相机观测分离的光束，更换不同阶数的组合半波片，可判断入射螺旋光束的轨道角动量量子数。

2.根据权利要求1所述的利用组合半波片检测螺旋光束的轨道角动量的装置，其特征在于：所述的组合半波片为M个二分之一波片拼接而成，快轴方向角度依次为(n＝0，1...M-1)，m为组合半波片的阶数，当具有±m的轨道角动量量子数的光束入射经过m阶组合半波片后可产生一个具有实心光斑的光束。

3.根据权利要求1所述的利用组合半波片检测螺旋光束的轨道角动量的装置，其特征在于：所述的渥拉斯顿棱镜使经过组合半波片后得到的同轴传输的两束正交线偏振光分离，分离角为φ＝2sin^-1[(n₀-n_e)tanθ]，其中n₀和n_e为渥拉斯顿棱镜所用双折射晶体的寻常光和非常光的折射率，θ为渥拉斯顿棱镜晶体的切割角，如果出射光束中出现实心光束，可根据实心光束的位置来判断光束轨道角动量量子数的正负。

4.一种动态实时测量多个螺旋光束的轨道角动量的方法，包括第一分光平片、第二分光平片、第三分光平片、第一反射镜、第二反射镜、一阶组合半波片、二阶组合半波片、三阶组合半波片、四阶组合半波片、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第三四分之一波片、第四四分之一波片、第一傅里叶变换透镜、第二傅里叶变换透镜、第三傅里叶变换透镜、第四傅里叶变换透镜、第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜、第三渥拉斯顿棱镜、第四渥拉斯顿棱镜、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器、第六光电探测器、第七光电探测器和第八光电探测器，其特征在于：入射的0°线偏振的-4至+4阶螺旋光束被第一分光平片、第二分光平片、第三分光平片、第一反射镜和第二反射镜组成的系统分解为能量相等、传输方向相同的四束螺旋光，光束的偏振态和所携带的轨道角动量量子数未发生改变，这四束光分别通过一阶组合半波片、二阶组合半波片、三阶组合半波片和四阶组合半波片后出射的四束光均为一束左旋圆偏振光和一束右旋圆偏振光的叠加，之后四束光都经过由四分之一波片、傅里叶变换透镜和渥拉斯顿棱镜组成的系统，使每束由旋向相反的圆偏振光叠加的光束转换为两束正交的线偏振光，出射的八束光分别由第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器、第六光电探测器、第七光电探测器和第八光电探测器进行检测，必有一个光电探测器检测到一实心光斑，则可根据光电探测器的位置确定入射螺旋光束的轨道角动量量子数，此检测系统可实现256个数据态的同时检测。