[发明专利]一种光束轨道角动量值的检测装置和检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种光束轨道角动量值的检测装置和检测方法。

背景技术

螺旋光束是一种具有形式相位因子的光束。螺旋光束中每个光子携带轨道角动量(其中l为轨道角动量值)。当l＝0时，该类光束与普通的高斯光束相同，而当l不等于0时，这类光束中心存在相位奇点并且光束的中心强度为0。由于该类光束具有周期性的螺旋相位波前，从而使其在光束微操纵、生物医学、非线性光学、光信息传输等领域有着重要的应用前景。近几年来，围绕着螺旋光束的产生、检测、传输及应用等方面的研究得到了迅速发展，日益成为现代光学的一个重要分支。目前，针对螺旋光束的检测，主要的方法有级联马赫-曾德尔干涉仪方法、组合半波片法、旋转多普勒方法及利用Porro棱镜旋转光束法(例如申请号为200810115598.3的发明专利)。这四种方法中，第一种方法测量高维轨道角动量时需要不断级联干涉装置，系统复杂庞大；第二种方法测量时则需要不断地更换波片，同样不方便检测；而第三种和第四种方法都由于引入了连续旋转元件，使得调节的难度极大，综合这几种方法可以看出，目前仍然缺乏简单方便的装置可以实现对光束轨道角动量值的检测。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种能够更加简单方便地实现光束轨道角动量值测量的检测装置及一种检测光束轨道角动量值的方法，可以实现对任意轨道角动量值的螺旋光束的检测。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光束轨道角动量值的检测装置，包括顺着光束传播路径设置的半波片、空间光调制器、聚焦透镜和CCD相机，所述空间光调制器和CCD相机均与计算机相连，计算机用于将叉状相位图输出到空间光调制器上；螺旋光束通过半波片旋转后入射空间光调制器；聚焦透镜将空间光调制器衍射后的光束聚焦成像，在CCD相机上得到远场衍射图样；计算机包括显示器，用于显示CCD相机检测到的远场衍射图样，通过观察远场衍射图样判断高斯光束所处的衍射级次，从而得到入射螺旋光束所具有的轨道角动量值。

优选地，顺着光束传播路径，所述聚焦透镜和CCD相机之间还设有偏振片，用于对衍射光场进行检偏。

优选地，所述叉状相位图的中心具有一个分叉。

一种光束轨道角动量值的检测方法，其特征在于包括下列步骤:

步骤一、通过计算机生成叉状相位图，并输出显示到空间光调制器上；

步骤二、将一束轨道角动量值为l的螺旋光束入射至检测装置，在显示器上显示该光束的远场衍射图样；

步骤三、观察远场衍射图样中高斯亮斑的位置判断高斯光束所处的衍射级次n，从而得到入射螺旋光束的轨道角动量值l，所述l＝-n。

优选地，在步骤一中，所述叉状相位图的中心具有一个分叉。

优选地，在步骤二中，螺旋光束经空间光调制器衍射后，保持各衍射级次位置不变，使远场衍射的零级光斑位置位于CCD相机的中央并固定。

本发明的有益效果是：本发明所提供的光束轨道角动量值的检测装置，结构简单，将螺旋光束入射至该检测装置，通过观察远场衍射图样中高斯亮斑的位置判断高斯光束所处的衍射级次，从而得到入射螺旋光束所具有的轨道角动量值，可快速方便地检测出入射螺旋光束所携带的轨道角动量值。

附图说明

图1是本发明检测装置的结构示意图；

图2是本发明叉状相位图的示意图；

图3是本发明轨道角动量值判断图；

图4是本发明实施例的实验结果图。

附图标记说明：1、半波片；2、空间光调制器；3、聚焦透镜；4、偏振片；5、CCD相机；6、计算机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1至图4所示，本发明的光束轨道角动量值的检测装置，包括半波片1、空间光调制器2、聚焦透镜3、偏振片4、CCD相机5和计算机6，半波片1、空间光调制器2、聚焦透镜3、偏振片4和CCD相机5顺着光束传播路径设置，计算机6分别与空间光调制器2和CCD相机5相连，计算机6包括主机、输入设备和输出设备，本实施例中计算机的输出设备包括显示器。