基于相位型空間光調制的渦旋光參數研究

崔瑞婷，張凌岳

（1.北京信息科技大學，北京 100192；2.大恒新紀元科技股份有限公司光電研究所，北京 100085）

1 引言

渦旋光束是一種具有自旋角動量和特殊軌道角動量的特別光場。光束參數會影響波前奇異性的有無。1992年，Allen 等指出渦旋光束的表達式含有相位因子其中1稱為拓撲荷數。20世紀末，隨科學研究的進展，有關渦旋光的專題論文和文章才大量的發布。渦旋光束因其有獨特的相位和光強分布及具有較大的軌道角動量，在光學微操縱、自由空間光通信、量子信息論和光控光開關領域被廣泛應用。目前產生渦旋光束的主流方法有螺旋相位板法、計算全息法和空間光調制法。空間光調制法是利用反射式純相位型產生渦旋光束的方法。此方法具有動態、實時、響應時間快、高的控制精度的優點。

本文采用的是純反射式空間光調制器（LCSLM）產生不同拓撲荷數的渦旋光束，量化分析了拓撲荷數與空心光束直徑的關系。

2 理論分析

3 實驗原理和裝置

圖1 系統光路圖

具體的實驗光路如圖3所示，激光器經過擴束準直鏡調整為平行光。再經偏振片成為線偏振光照進SLM，經相位調制后得到渦旋光束，經SLM 反射在CMOS 形成渦旋光的截面圖像。光路基本不變，將載入位錯光柵也可得到但呈像位置有所不同，分布在光軸的兩側。

4 模擬與實驗結果

利用matlab 軟件編程，繪制出不同拓撲荷數的渦旋光相位板，如圖2所示。系統中的平行光經過此相位板調制的結果如圖3所示。中心呈現中空現象，測量暗核的直徑，可得到其與拓撲荷數的曲線關系，如圖4所示。

圖2 用于產生不同拓撲荷值光學渦旋的相息圖

圖3 由2.1相位板產生的渦旋光圖像

圖4 光學渦旋的拓撲荷值與暗核直徑大小的關系

5 結束語

采用相位版和叉形光柵兩種相位版調制，通過純反射式空間光相位調制器分別產生了渦旋光束，與已知渦旋光波前相符。并得出拓撲荷數與暗核直徑關系，與理論一致。