[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

摘要

本发明公开了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，通过位于输入平面的相位板将入射光场在输入平面沿着螺旋线的路径映射到输出平面的直线上；而位于输出平面的相位板则补偿光场在上述变换过程中从输入平面传播到输出平面时所累积的相位，从而实现将输入平面处的待测光子轨道角动量模式变换成输出平面处具有特定倾斜波前的平面波模式；进而通过凸透镜将具有不同倾斜波前的平面波模式聚焦到焦平面上的不同位置，从而实现待测的光子轨道角动量模式与空间位置的一一对应和探测。本发明有效克服由于解调光斑展宽引起的相邻模式串扰问题，在保持高解调效率的同时进一步实现高分辨率的光子轨道角动量模式测量。

主权项

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。