[發(fā)明專(zhuān)利]光子自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式的測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010010958.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111130637B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鈺杰;王柏銘;聞遠(yuǎn)輝;余思遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B10/079
• 分類(lèi)號(hào): H04B10/079;H04B10/2581
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種光子自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式的測(cè)量方法，其特征在于：所述的該方法包括以下步驟：

S1：將待測(cè)的帶有自旋-軌道角動(dòng)量的光場(chǎng)垂直輸入到至(x,y)平面，且光場(chǎng)中心與該平面中心對(duì)準(zhǔn)；假設(shè)光子自旋角動(dòng)量其中σ＝±1，其與光場(chǎng)的偏振態(tài)密切相關(guān)，σ＝1為左旋圓偏振態(tài)，σ＝-1為右旋圓偏振態(tài)；光子軌道角動(dòng)量其中l(wèi)＝0,±1,±2,±3...與光場(chǎng)的螺旋波前相聯(lián)系；設(shè)輸入光場(chǎng)的波前相位可表示為exp(ilθ)；其中l(wèi)為拓?fù)浜蓴?shù)即軌道角動(dòng)量模式；θ為方位角；i為虛數(shù)單位；

S2：對(duì)帶有螺旋波前的左旋圓偏振態(tài)入射光引入相位調(diào)制Q_L(x,y)，對(duì)帶有螺旋波前的右旋圓偏振入射光引入相位調(diào)制Q_R(x,y)；帶有不同自旋角動(dòng)量的光場(chǎng)沿著螺旋線展開(kāi)并被分離到(u,v)平面上不同位置；

S3：對(duì)帶有螺旋波前的左旋圓偏振入射光引入補(bǔ)償相位P_L(x,y)，對(duì)帶有螺旋波前的右旋圓偏振入射光引入補(bǔ)償相位P_R(x,y)，使得輸入光場(chǎng)的波前相位exp(ilθ)變換為橫向線性相位其中，β為尺度縮放因子；

S4：將經(jīng)過(guò)(u,v)平面的光場(chǎng)匯聚在(m,n)平面不同位置，該過(guò)程滿足光學(xué)傅里葉變換，自旋和軌道角動(dòng)量模式對(duì)應(yīng)的空間位置(m,n)可表示為：

式中，Δm表示入射的不同自旋角動(dòng)量光場(chǎng)在(m,n)平面沿著m軸相反方向的偏移量，λ為輸入光場(chǎng)的波長(zhǎng)，f為輸出凸透鏡的焦距；

S5：檢測(cè)(m,n)平面的光強(qiáng)分布，從而測(cè)量輸入光場(chǎng)的自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式，或解調(diào)輸入光場(chǎng)的自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式的測(cè)量方法，其特征在于：在步驟S2之后，步驟S3之前，還需要對(duì)不同自旋角動(dòng)量模式引入相同相位Q_np(x,y)，其中Q_np(x,y)滿足：

其中，d表示凸透鏡的焦距。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光子自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式的測(cè)量方法，其特征在于：在步驟S2中，所述的Q_L(x,y),Q_R(x,y)滿足：

式中，k表示入射光場(chǎng)在相位調(diào)制之后、補(bǔ)償相位之前的傳播波數(shù)；d表示凸透鏡的焦距；a、r₀均為對(duì)數(shù)螺旋變換的相關(guān)參數(shù)，即r₀表示映射到(u,v)平面的原點(diǎn)對(duì)應(yīng)(x,y)平面的位置信息，a表示對(duì)數(shù)螺旋線的變化快慢程度，當(dāng)a＝0時(shí)，表示對(duì)數(shù)螺旋變換退化為對(duì)極坐標(biāo)變換；Δu為入射的不同自旋角動(dòng)量光場(chǎng)在(u,v)測(cè)量平面沿著u軸相反方向的偏移量；r,θ為螺旋極坐標(biāo)(r,θ)的自變量，可表示為：

其中表示取整數(shù)部分，θ的取值范圍是(-∞,+∞)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子自旋-軌道角動(dòng)量聯(lián)合模式的測(cè)量方法，其特征在于：在步驟S3中，所述的P_L(x,y),P_R(x,y)滿足：

式中，f表示輸出凸透鏡的焦距；Δm為入射的不同自旋角動(dòng)量光場(chǎng)在最終(m,n)測(cè)量平面沿著m軸相反方向的偏移量。