[發明專利]一種基于非線性介質中的渦旋光拓撲荷數檢測裝置

有效

• 申請號: 202111255979.3
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN114184285B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張艷;張云哲;郝敏如;馬進如
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王海棟

本發明公開了一種基于非線性介質中的渦旋光拓撲荷數檢測裝置，包括第一偏振光產生單元、第一分束鏡、渦旋光產生單元、第二偏振光產生單元、銣泡和圖像采集模塊，其中，第一偏振光產生單元用于產生第一偏振光；第一分束鏡用于對第一偏振光進行分束，產生第一路偏振光和第二路偏振光；渦旋光產生單元用于對第二路偏振光加載軌道角動量相位信息產生攜帶軌道角動量信息的渦旋光，并使渦旋光入射至銣泡；第二偏振光產生單元用于產生第三路偏振光，第三路偏振光與第一路偏振光同軸入射至銣泡中；銣泡上設置有磁場。本發明能夠通過磁場作用下渦旋光束在銣原子蒸汽中的旋轉及分裂效應實現軌道角動量的精確檢測。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種基于非線性介質中的渦旋光拓撲荷數檢測裝置。

背景技術

目前，軌道角動量光束及其應用是國內外研究的熱點。1992年，荷蘭物理學家L.Allen等人理論證明了光子不但在其橫截面內具有角向位相分布形式，而且每個光子攜帶大小為(l稱為拓撲荷數)的軌道角動量(OAM)。OAM值與拓撲荷數成正比，理論上拓撲荷值可取到無窮多個，并且具有不同拓撲荷數的光束具有正交性，因此渦旋光束在增大通信系統容量、安全保密性上具有很大的應用價值。

渦旋光束特殊的空間結構和高維特性，使其在增加通信容量、提高通信安全性、精確光測量等方面都有廣泛應用。隨著對渦旋光束研究的深入，對其拓撲荷數的檢測研究在各個應用領域有著重要的意義。

光與物質相互作用過程稱之為原子相干，利用原子相干會產生很多有趣的物理過程，比如相干布居囚禁、電磁誘導透明(EIT)等物理現象。正是因為原子介質其良好的量子相干性，使得光與原子相互作用的這種優越性無可替代，并且成為量子信息領域的研究熱點。在非線性介質中研究渦旋光拓撲荷數的檢測對光存儲、光信息以及非線性光學領域有著重要的應用價值。

目前檢測拓撲荷數的方法主要利用光的干涉和衍射原理，采用的裝置主要有透鏡組合、光柵、光闌、棱鏡等光學元器件。例如，2010年Hickmann等人利用三角空衍射圖樣檢測拓撲荷數，2019年柯熙政團隊提出利用光柵檢測拓撲荷數。這些方法主要在自由空間中實現，但目前的檢測裝置普遍存在結構較為繁瑣且靈活度不高的問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于非線性介質中的渦旋光拓撲荷數檢測裝置。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種基于非線性介質中的渦旋光拓撲荷數檢測裝置，包括第一偏振光產生單元、第一分束鏡、渦旋光產生單元、第二偏振光產生單元、銣泡以及圖像采集模塊，其中，

所述第一偏振光產生單元用于產生第一偏振光；

所述第一分束鏡用于對所述第一偏振光進行分束，產生經反射的第一路偏振光和經透射的第二路偏振光，所述第一路偏振光入射至所述銣泡，所述第二路偏振光入射至所述渦旋光產生單元；

所述渦旋光產生單元用于對所述第二路偏振光加載軌道角動量相位信息產生攜帶軌道角動量信息的渦旋光，并入射至所述銣泡；

所述第二偏振光產生單元用于產生第三路偏振光，所述第三路偏振光與所述第一路偏振光同軸入射至所述銣泡中，所述第三路偏振光與所述第一路偏振光能夠形成能級共振以產生電磁誘導感應透明窗口；

所述銣泡上設置有垂直于光軸方向的磁場，能夠通過控制磁場強度調節所形成的光斑圖像的旋轉角度；

所述圖像采集模塊用于采集經所述銣泡產生的具有不同旋轉角度的光斑圖像。

在本發明的一個實施例中，所述第一偏振光產生單元包括沿光路依次設置的第一半導體激光器、第一光學隔離器、第一1/2玻片、第一1/4玻片和第一反射鏡，其中，

所述第一半導體激光器用于發射波長為795nm的激光；