利用柱透镜实验测量涡旋光束的拓扑荷

【作者】 彭宇； 王亚东； 甘雪涛； 侯建平； 赵建林；

【机构】 西北工业大学理学院,陕西省光信息技术重点实验室,空间应用物理与化学教育部重点实验室；

【摘要】 涡旋光束是一类相位结构中存在因子exp(ilθ)的奇异光束,其中l为拓扑荷。该光束所呈现出的螺旋相位结构使其每个光子均具有轨角动量l。由于独特的拓扑特性和量子化的轨道角动量,涡旋光束在量子计算、光学通信、光学微操控等领域具有广阔的应用前景。因此,近年来对涡旋光束拓扑荷大小的测量逐渐成为研究热点。本文提出利用柱透镜测量涡旋光束拓扑荷的方法,并以实验验证。由于涡旋光束具有方位角调制非稳特性,高阶涡旋在传输过程中受到不对称调制时,其中心暗核将退化出多个拓扑荷为1的暗核。实验上,首先利用计算全息法产生具有不同拓扑荷的单奇点涡旋光束(波长为632.8nm),并经过柱透镜对其进行聚焦。在柱透镜的强烈像散作用下,焦场光斑呈现出椭圆形强度分布,且在光场中心出现多个分离的暗核。结果表明,退化光场中暗核的数目与入射光束的拓扑荷相对应(如图1所示),证明了利用柱透镜测量拓扑荷的可行性。最后,将该方法推广于对多奇点涡旋光束和白光涡旋光束的拓扑荷测量(如图2和3所示),证明此方法具有普适性。更多还原