[发明专利]一种产生多环涡旋光束的方法

权利要求书

1.一种产生多环涡旋光束的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据所用的平面光波和涡旋光束干涉叠加的电场表达式，在计算机中模拟生成叉形光栅全息图；

步骤2、把步骤1中产生的叉形光栅全息图加载到空间光调制器上，用基模高斯光束通过空间光调制器生成涡旋光束；

步骤3、将n束不同拓扑荷数的涡旋光束进行正交叠加，生成n环涡旋光束，即多环涡旋光束，n是大于等于2的正整数；

步骤3中多环涡旋光束复振幅表达式为：

其中LG_(n)表示此n环涡旋光束的复振幅，表示拓扑荷数为l₁时的复振幅，表示拓扑荷数为l₂时的复振幅，表示拓扑荷数为l_n时的复振幅，表示在各个方向上的单位向量；

所述多环涡旋光束的光强表达式为I_(n)＝LG_(n)×LG_(n)* (7)。

2.根据权利要求1所述的的一种产生多环涡旋光束的方法，其特征在于，所述生成叉形光栅全息图的所用平面光波的电场表达式为：

E₁＝A₁exp(-ikx) (1)

式中E₁为平面光波的电场，A₁为平面光波的振幅，k为平面波波数，i为虚数，k＝2π/λ，λ为波长，x为位置坐标；

所述生成叉形光栅全息图的所用涡旋光束的电场表达式为：

E₂＝A₂exp(ilθ) (2)

式中E₂为涡旋光束的电场，A₂为涡旋光束的振幅，l为涡旋光束的拓扑荷数，θ为方位角，令A₁＝A₂＝A₀，A₀，A₁，A₂为常数，则(1)式(2)式叠加后的电场为：

E＝E₁+E₂＝A₀exp(i2πx/λ)+A₀exp(ilθ) (3)

式中E为平面光波和涡旋光束叠加后的电场，A₀为平面光波和涡旋光束叠加后的振幅，

根据光强计算公式I＝EE^*得：

式中I为平面光波和涡旋光束干涉叠加后的光强。

3.根据权利要求1所述的一种产生多环涡旋光束的方法，其特征在于，所述步骤2按照以下具体步骤实施：

步骤2.1、使用扩束准直系统对激光器发出的基模高斯光束进行扩束准直；

步骤2.2、把步骤2.1所得的基模高斯光束通过具有加载步骤1所得的叉形光栅全息图的空间光调制器后得到所需涡旋光束。

4.根据权利要求3所述的一种产生多环涡旋光束的方法，其特征在于，所述所需的涡旋光束中拓扑荷数为l的单束涡旋光束的复振幅表达式为：

其中LG表示此单束涡旋光束的复振幅，w₀表示束腰半径，l为涡旋光束的拓扑荷数，r为径向距离，θ为方位角。

5.根 据权利要求1所述的一种产生多环涡旋光束的方法，其特征在于，所述步骤3按照以下具体步骤实施：

步骤3.1、由激光器发出的基模高斯光束经过分束器分为两束光，一束光经过空间光调制器1，生成拓扑荷数为l₁的涡旋光束，该涡旋光束的复振幅为另一束光经过第二个分束器分为两束光，其中一束光经过空间光调制器2，生成拓扑荷数为l₂的涡旋光束，该涡旋光束的复振幅为以此类推，直至被分束的其中一束光经过空间光调制器n，生成拓扑荷数为l_n的涡旋光束，该涡旋光束的复振幅为

步骤3.2、步骤3.1中的n束涡旋光束分别反射到偏振片上，经由合束器将n束涡旋光束正交叠加，得到n环涡旋光束，即多环涡旋光束。