[发明专利]一种基于螺旋变换的光子轨道角动量模式测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于螺旋变换的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将携带光子轨道角动量的待测的入射涡旋光场垂直入射至(x,y)平面的相位板1，且待测光场的中心与相位板的中心对准，其中入射涡旋光场的波前为角向螺旋相位分布为exp(ilθ)；所述的l为拓扑电荷数；所述的θ为方位角；所述的i是虚数单位；

S2：在(x,y)平面的相位板1上加载预先设定的第一相位调制Q(x,y)，使入射涡旋光场经过相位板1调制后传播到(u,v)平面的相位板2；

S3：在(u,v)平面的相位板2上加载预先设定的第二相位调制P(u,v)，使得入射涡旋光场的相位分布从角向螺旋相位exp(ilθ)变换为横向线性相位exp(ilv/β)；所述的β为尺度缩放因子；

S4：将通过第二相位调制P(u,v)后的入射涡旋光场通过凸透镜，由于变换后的横向线性相位，使得入射涡旋光场被聚焦到凸透镜后焦面上的横向位置m，所述的凸透镜的前焦面和后焦面的光场满足傅里叶变换的关系；所述的m通过下式进行表达：

式中，所述的λ是光波的波长，所述的f是凸透镜的焦距；

S5：通过位于透镜后焦面上光强探测模块，记录光强分布位置，确定待测光场的光子轨道角动量模式的拓扑电荷数l。

2.根据权利要求1所述的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，所述的S2中的(x,y)平面上的光场沿着对数螺旋线的路径分解并映射到(u,v)平面上的直线，相应的坐标映射关系通过下式进行表达：

式中，所述的a和r₀为对数螺旋变换的相关参数，即r₀表示映射到(u,v)平面的原点对应(x,y)平面的位置信息；a表示对数螺旋线的变化快慢程度，当a＝0时，表示对数螺旋变换退化为对数极坐标变换；所述的(r,θ)是(x,y)平面的螺旋极坐标。

3.根据权利要求2所述的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，所述的(r,θ)通过下式进行表达：

r＝(x²+y²)^1/2,θ＝θ₀+2mπ,

式中，所述的表示取整数部分，θ的取值范围是(-∞,+∞)。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，所述的第一相位调制Q(x,y)通过下式进行表达：

式中，所述的k为入射涡旋光场在相位板1与相位板2之间的传播的波数，所述的d为相位板1与相位板2之间的距离；所述的a和r₀为对数螺旋变换的相关参数，即r₀表示映射到(u,v)平面的原点对应(x,y)平面的位置信息；a表示对数螺旋线的变化快慢程度，当a＝0时，表示对数螺旋变换退化为对数极坐标变换。

5.根据权利要求4所述的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，所述的第二相位调制P(u,v)通过下式进行表达：

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的光子轨道角动量模式测量方法，其特征在于，所述的第二相位调制P(u,v)通过下式进行表达：

式中，所述的k为入射涡旋光场在相位板1与相位板2之间的传播的波数，所述的d为相位板1与相位板2之间的距离；所述的a和r₀为对数螺旋变换的相关参数，即r₀表示映射到(u,v)平面的原点对应(x,y)平面的位置信息；a表示对数螺旋线的变化快慢程度，当a＝0时，表示对数螺旋变换退化为对数极坐标变换。