[发明专利]一种利用计算全息图产生涡旋光束的方法

权利要求书

1.一种利用计算全息图产生涡旋光束的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

(1)、采用在源平面 (z = 0 m)坐标系中单环的拉盖尔高斯(LG) 涡旋光束，该涡旋光束的复振幅由幅度和相位两部分组成； 

(2)、将LG涡旋光束的复振幅进行共轭对称延拓，获得共轭对称延拓后的涡旋光束的复振幅； 

(3)、对共轭对称延拓后的涡旋光束的复振幅进行二维傅里叶变换，得到二维离散的实函数，对二维离散的实函数进行直流分量抑制，将其映射到0～255区间，编码成8比特的涡旋光束的计算全息图；

（4）、对步骤(3)所述的计算全息图进行Fourier反变换，取模值后获得共轭对称延拓后的涡旋光束的光强分布，取相位角获得共轭对称延拓后的涡旋光束的相位分布，光强分布和相位分布的左半部分即为数字重建的涡旋光束；

(5)、将上述步骤（3）中得到的计算全息图加载在空间光调制器(SLM)上，对入射激光进行调制，光电重建涡旋光束。

2.根据权利要求1所述的一种利用计算全息图产生涡旋光束的方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的在源平面(z = 0 m)坐标系中单环的拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian,LG) 涡旋光束，其中拓扑电荷数为l的涡旋光束光强分布和相位分布，具体为：

          (1)

其中，(,)为拉盖尔高斯(LG)涡旋光束，，分别为柱坐标参数，为涡旋光束的光斑大小参数，为波数， 为光束波前的曲率半径，  为Gouy相位， 为瑞利半径，其中， 为源平面光斑大小，λ为光波波长，将此LG涡旋光束记为复振幅f₀(m，n)，由幅度和相位两部分组成，其表达式为：  

.      (2)

其中， A(m,n)为幅度， 为相位。

3.根据权利要求1所述的一种利用计算全息图产生涡旋光束的方法，其特征在于，上述步骤(2)所述的将LG涡旋光束的复振幅进行共轭对称延拓，获得共轭对称延拓后的涡旋光束的复振幅f(m,n)，其分布式为：

         (3)

其中，上标“*”表示复共轭，m为横坐标，n为列坐标，M列数, N为行数。

4.根据权利要求1所述的一种利用计算全息图产生涡旋光束的方法，其特征在于，上述步骤(3)所述的对共轭对称的涡旋光束复振幅分布进行二维离散傅里叶变换，得到二维离散的实函数，其表达式为：

  (4)

将上述表达式（2）代入式（4），整理得

    (5)

其中，和分别为水平和垂直方向的频域样本序号。