[發明專利]一種基于高階交叉相位的渦旋光整形和多奇點操控方法

在審

• 申請號: 202010150885.9
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111338091A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 王琛;任元;劉通;丁友;王元欽;陳理想;邱松;陳琳琳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/09;G03H1/00
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明涉及一種基于高階交叉相位的渦旋光整形和多奇點操控方法。渦旋光是一種具有螺旋波陣面的特殊光場，交叉相位是一種特殊的光場相位結構，3階及以上稱為高階交叉相位。首先利用多參量聯合調控技術制備攜帶渦旋光信息與高階交叉相位的全息圖樣，并加載到空間光調制器，一束線偏振高斯光束照射到空間光調制器進行復振幅調制，出射光為攜帶高階交叉相位的渦旋光，傳播一段距離后即可得到所需形狀和奇點分布的渦旋光。本方法光路簡潔，靈活性強，屬于渦旋光操控領域，可應用于復雜渦旋光的整形和多奇點操控。

技術領域

本發明涉及一種基于高階交叉相位的渦旋光整形和多奇點操控方法。渦旋光是一種具有螺旋波陣面的特殊光場，交叉相位是一種特殊的光場相位結構，3階及以上稱為高階交叉相位。首先利用多參量聯合調控技術制備攜帶渦旋光信息與高階交叉相位的全息圖樣，并加載到空間光調制器，一束線偏振高斯光束照射到空間光調制器進行復振幅調制，出射光為攜帶高階交叉相位的渦旋光，傳播一段距離后得到所需形狀與奇點分布的渦旋光。本方法光路簡潔，靈活性強，屬于渦旋光操控領域，可應用于復雜渦旋光的整形和多奇點操控。

技術背景

渦旋光是一種具有螺旋波陣面和特殊光強分布的光場，拉蓋爾高斯光就是一種典型的渦旋光。近年來因渦旋光在光學操控、光通信、光學微測量等領域中具有廣泛應用價值而飽受關注。光場中的渦旋現象最初由Boivin、Dow和Wolf于1967年在透鏡組的焦平面附近發現。1973年，Bryngdahl首次開展了對制備渦旋光實驗方法的探索。1979年Vaughan和Willets使用連續激光成功制備了渦旋光。1990年Yu、Bazgenov V首次使用光柵法完成了渦旋光的制備。

渦旋光的相位中含有角相位因子exp(ilθ)，其中l為渦旋光軌道角動量拓撲荷數，θ為方位角；每個光子攜帶的軌道角動量，為普朗克常數，該角相位因子說明渦旋光在傳播過程中，若繞光軸傳播一個周期，則波陣面正好繞光軸旋轉一周，相位也相應改變2πl；螺旋形相位的中心是一個相位奇點，該處的相位不確定，并且光場振幅為零，因此在光場中心處形成了中空暗核。目前，渦旋光在光學微操控、高維量子態、利用旋轉多普勒效應對物體的角速度進行遙感等領域的應用非常廣泛。

渦旋光的整形與多奇點操控對于拓展渦旋光的應用具有重要意義。在實驗室環境下，使用空間光調制器實現渦旋光的整形與多奇點操控具有諸多優點，空間光調制器體積小，使用便利，通過控制加載的全息圖像分離衍射級次，可以提高渦旋光質量，將高階交叉相位加載到空間光調制器即可實現渦旋光的整形與多奇點操控。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對目前渦旋光整形和多奇點操控較為困難，提出了一種基于高階交叉相位的渦旋光整形和多奇點操控方法，該方法光路簡潔，靈活性強，可根據實驗室需求運用高階交叉相位靈活制備不同形狀和不同奇點分布的渦旋光。

本發明的技術解決方案是：

本發明涉及一種基于高階交叉相位的渦旋光整形和多奇點操控方法，其主要包括以下步驟：

(1)利用多參量聯合調控技術將渦旋光的全息圖與高階交叉相位相乘后疊加閃耀光柵，獲得可以進行精確調控的全息圖樣，并加載到空間光調制器。

(2)激光器發出的圓偏振高斯光經過偏振器轉換為線偏振高斯光，經過光束準直系統調整后照射到空間光調制器上進行復振幅調制，出射光即為攜帶高階交叉相位的渦旋光，傳播一段距離后演化為所需形狀和奇點分布的渦旋光，實現渦旋光的整形和多奇點操控，如圖1所示。

本發明的原理是：

拉蓋爾高斯光束是一種典型的渦旋光，是柱坐標系下近軸波動方程的一組解，通過施加高階交叉相位，可以在傳播一定距離的條件下實現渦旋光的整形和奇點操控。