利用相位型衍射光栅生成能量按比例分布的多个螺旋光束的研究

研究了基于计算全息光栅的方法产生能量按比例分布的多个螺旋光束的技术.在计算全息光栅的过程中引入了Gerchberg-Saxton迭代算法,并在此基础上利用位相型空间光调制器产生了具有轨道角动量态的多种光束,实现了多个指定轨道角量子数的螺旋光光场分布.给出了计算机仿真结果和实验结果,表明利用Gerchberg-Saxton迭代算法生成的位相型光栅可以生成多个指定轨道角动量量子数的光束,研究结果对于利用轨道角动量进行信息传输有益.     

轨道角动量光的区分

载有轨道角动量(OAM)的光可用于提高光通信网络的带宽,而对不同轨道角动量态的区分是有效利用轨道角动量光的核心。利用空间光调制器设置合适的传递函数以实现傅里叶平面间的光学坐标变换。变换后,轨道角动量光随方位角的相位变化变成横向相位变化。相位修正后将不同轨道角动量的光聚焦到不同的横向位置,实现了对轨道角动量光的有效区分。     

利用光束的轨道角动量实现高密度数据存储的机理研究

光束的轨道角动量本征态可以构建高维Hilbert空间，将之应用于数据存储中，可以实现比传统方法更高的数据存储密度.提出了一种用光束轨道角动量实现高密度数据存储的方法，对存储区域进行相位编码，通过探测透射光束轨道角动量谱(螺旋谱)的特征来区分由相位编码形成的不同数据态.四台阶结构相位编码可以实现57个不同的数据态，有望将数据密度提高为传统方法的近6倍. 关键词： 光束轨道角动量 光学存储 高密度存储     

在大气湍流斜程传输中拉盖高斯光束的轨道角动量的研究

大气湍流引起大气折射率随机变化,导致空间不均匀性.拉盖高斯光束在大气湍流中传输时,空间不均匀性会使光子波函数改变,引起轨道角动量的变化.本文讨论了拉盖尔高斯光束在大气斜程传输时,湍流介质改变光子轨道角动量而形成不同的光子态.计算了螺旋谐波各分量所占光束总能量的权重,分析了拉盖高斯光束的轨道角动量的变化规律.     

利用衍射光栅探测涡旋光束轨道角动量态的研究进展

涡旋光束是一种携带有轨道角动量的光束,在光学扳手、光通信、旋转探测等领域具有重要的应用价值.由于轨道角动量态是涡旋光束的特征值,因此如何探测光束的轨道角动量态分布至关重要.国内外学者已经提出了多种探测涡旋光束的技术,如干涉法、衍射光栅法、多普勒分析法、超材料表面法等.这些技术中,衍射光栅测量法较为简单易行,应用较广.本综述主要介绍了几种当前利用衍射光栅测量涡旋光束轨道角动量态的主流方法,同时也介绍了如何利用衍射光栅来测量光束的轨道角动量谱.     

螺旋光束经过振幅型衍射光学元件的传输特性及其拓扑电荷数的测量

本文提出了一种利用空间光调制器生成杨氏双缝和三角孔等振幅型衍射光学元件的方法. 利用平面波角谱衍射公式和柯林斯公式研究了螺旋光束经过这两种衍射元件后的传输特性, 并利用杨氏双缝和三角孔实现了螺旋光束拓扑电荷数的测量. 由于空间光调制器可以方便和高精度地改变光学器件的几何尺寸和所在的空间位置, 因此可便捷地实现螺旋光束拓扑电荷数的测量.     

利用Sagnac干涉仪实现光子轨道角动量分束器

光子轨道角动量量子态具有高维和光学涡旋特性, 在经典和量子领域展示出了巨大的应用潜力, 目前对其的研究已成为物理学的一个热点. 本实验研究了利用Sagnac干涉仪干涉的方法将具有不同轨道角动量的光束无破坏地分离到不同的路径, 即实现光子轨道角动量分束器. 实验中利用此分束器验证了对几种不同轨道角动量态(包含叠加态)的分离, 得到了与理论预期相符的实验结果. 这种对轨道角动量态的区分的方法相比已有的其他区分方法具有较好的稳定性, 而且可用于区分叠加态, 也可以达到单光子水平, 最重要的是实现了不同的轨道角动量本征态无破坏的与路径比特耦合. 这种新方法对高密度通信、量子纠缠、量子保密通信、量子计算与量子信息等方面有着重要的意义.     

具轨道角动量光束用于光通信编码及解码研究

无衍射光是在自由空间传播过程中一定范围内横向强度分布保持不变的光场,具有方向性好以及传输距离远等特点,某些类型的无衍射光具有轨道角动量.分析了具有轨道角动量光束以及无衍射光在空间中的传输特点,以计算全息图作为反射式相位调制的空间光调制器(SLM)实现光学变换,并通过由锥形透镜构成的模式转换器,将携带信息的拉盖尔-高斯(L-G)光束转换成为具有相同拓扑荷的高阶Bessel无衍射光束,提出了一种通过具有轨道角动量的高阶Bessel无衍射光束来进行空间光信息传输的编码解码方法,在保证激光大气通信的安全保密性的同时,提高了信息传输的密度和准确率.     

近场拉盖尔-高斯光束传输参数的双缝干涉测量实验

拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束具有轨道角动量,分析近场条件下LG光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,对不同阶LG光束通过双缝时双缝间的相位差变化进行了计算。利用计算机生成叉形衍射光栅显示在空间光调制器上,基模高斯光束产生衍射,得到不同阶次LG涡旋光束,通过CCD采集LG空心光束的光斑及双缝干涉后的图样,实现对LG光束传输轨道角动量特性的实验测量。在确定光束束径下,分析了叉形衍射光栅密度、空心光束宽度半径比、双缝宽度等参数对双缝干涉条纹的影响,在距离激光器1m处的SLM上显示4mm×5mm叉形衍射光栅,光栅密度约为16lines/mm,可产生暗斑尺寸在0.5mm~0.9mm之间、宽度半径比为0.2的LG空心光束。LG光束通过双缝宽度0.2mm,双缝间距0.5mm的光栅,可以得到清晰的干涉条纹。研究结果为近场光通信中利用光学涡旋轨道角动量编码信息提供了理论依据。     

复杂像散椭圆光束的轨道角动量的实验研究

提出一种直接测量光束的轨道角动量的方法，其原理是把具有轨道角动量的光束照射到一个金属靶上，使其在光束的角动量作用下发生转动. 通过测量靶转动的角度来计算光束的角动量值. 对几种不同参数的光束的轨道角动量进行了测量，获得了轨道角动量与光束参数之间的关系，实验结果与理论分析较好地符合. 关键词： 复杂像散椭圆光束 轨道角动量 测量     

Sorting and detecting orbital angular momentum states by using a Dove prism embedded Mach-Zehnder interferometer and amplitude gratings

An experimental system consisting of a Dove prism embedded Mach-Zehnder (M-Z) interferometer and two gratings was built to sort and detect orbital angular momentum (OAM) states of light beams. The helical beams with different OAM states were generated by propagating the fundamental-mode Gaussian beam through a spatial light modulator. The Dove prism embedded M-Z interferometer was used to sort helical beams with odd or even OAM number and two binary amplitude gratings were used to measure the OAM states. Sorting of coaxially-superposed coherent and incoherent helical beams with odd and even OAM states was realized in the experiment.     

基于激光光束轨道角动量的8位数据信号产生与检测的实验研究

本文研究了利用激光光束的轨道角动量进行8位数据信息传输的技术. 建立了一套利用光束轨道角动量进行8位数据信息传输的系统, 在信息调制部分采用可选通控制的光源阵列和相位调制屏实现光束轨道角动量态的编码复用, 在信息解调部分采用二元振幅光栅进行轨道角动量态检测,实现了无误码的数据信息传输.     

Measuring orbital angular momentum superpositions of light by mode transformation

We recently reported on a method for measuring orbital angular momentum (OAM) states of light based on the transformation of helically phased beams to tilted plane waves [Phys. Rev. Lett.105, 153601 (2010)]. Here we consider the performance of such a system for superpositions of OAM states by measuring the modal content of noninteger OAM states and beams produced by a Heaviside phase plate.     

部分相干光的轨道角动量及其谱的分析研究

针对光束轨道角动量的研究主要集中在相干光束的研究，而对于部分空间相干光束的轨道角动量研究较少，依据部分相干光的Wigner分布函数推导出部分相干光的轨道角动量表达式，分析了部分相干光的轨道角动量谱特性。采用Mercer展开法得到了轨道角动量谱，计算了给定部分相干光束的轨道角动量谱，讨论了部分相干性对轨道角动量谱的影响。研究结果表明：部分相干光和相干光具有相同的轨道角动量表达式，部分相干光的轨道角动量谱随着相干性的变差而愈发弥散，携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱比不携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱更容易受相干度的影响。     

Transverse mode multiplexing using the helical eigen-beams of orbital angular momentum

The eigen-beams of orbital angular momentum (OAM) have helical wavefront and can be used to construct the channels for free space optical communication, i.e. orbital angular momentum multiplexing (OAMM). It is similar to time-division multiplexing (TDM) and wave-division multiplexing (WDM). We generate four helical beams with different OAM numbers by fork-like grating and modulates them mechanically. The modulated helical beams are then superposed coaxially into one single complex beam. In the receiver, the complex beam is separated into four helical beams with little mutual interference. The experimental results demonstrate the feasibility of OAMM by using the eigen-beams of orbital angular momentum.     

Rotation of laser beams with zero of the orbital angular momentum

We show that among the multitude of rotating light beams whose complex amplitude can be represented as a linear superposition of the Laguerre-Gaussian (LG) modes with definite numbers there are light beams with zero orbital angular momentum (OAM) and vice versa, multi-mode LG beams that show no rotation and are lacking the radially symmetric intensity distribution can possess the non-zero OAM. Also, we give examples of the rotating light beams with zero OAM, represented as a superposition of the Bessel and new hypergeometric modes. Using an SLM, we generate a rotating Bessel beam with zero OAM for the first time.     

Stimulated Brillouin scattering phase conjugation of light beams carrying orbit angular momentum(Invited Paper)

We investigate the stimulated Brillouin scattering(SBS)properties of light beams carrying orbit angular momentum(OAM).The phase conjugation of light beams carrying OAM is experimentally achieved in an SBS mirror with a random phase plate.The spectrum and the pulse width compression of SBS light are measured.It is shown that the phenomena of pulse compression is observed and OAM conservation is confirmed in the SBS process.The OAM transfer from photons to phonons may find potential applications in photon-phonon conversion-based signal-processing schemes by using OAM multiplexing.     

Comparison of three kinds of polarized Bessel vortex beams propagating through uniaxial anisotropic media

A comparison of differently polarized Bessel vortex beams propagating through a uniaxial anisotropic slab is discussed in terms of the vector wave function expansions.The magnitude profiles of electric field components, the transformation of polarization modes, and the distributions of orbital angular momentum(OAM) states of the reflected and transmitted beams for different incident angles are numerically simulated.The results indicate that the magnitude profiles of electric field components for different polarization modes are distinct from each other and have a great dependence on the incident angle,thus the transformation of polarization modes which reflects the change of energy can be affected largely.As compared to the x and circular polarization incidences, the reflected and transmitted beams for the radial polarization incidence suffer the fewest transformation of polarization modes, showing a better energy invariance.The distributions of OAM states of the reflected and transmitted beams for different polarization modes are diverse as well, and the derived OAM states of the transmitted beam for radial polarization present a focusing effect, concentrating on the state between two predominant OAM states.