[发明专利]实现混合螺旋相位光束轨道角动量态解调的方法和装置

权利要求书

1.一种实现含有多个轨道角动量态的混合螺旋相位光束的轨道角动量态解调的装置，包括第一半反半透分光镜(1)、第二半反半透分光镜(2)、第三半反半透分光镜(3)、第四半反半透分光镜(4)、第一45°全反射镜(5)、第二45°全反射镜(6)、第一Dove棱镜(7)、第二Dove棱镜(8)、第一衍射光栅(9)、第二衍射光栅(10)、第一凸透镜(11)、第二凸透镜(12)、第一CCD探测器(13)、第二CCD探测器(14)、第一功率计(15)、第二功率计(16)；其特征在于：第一半反半透分光镜(1)、第二半反半透分光镜(2)、第一45°全反射镜(5)和第二45°全反射镜(6)构成一个Mach-Zehnder干涉仪，第一Dove棱镜(7)、第二Dove棱镜(8)分别位于Mach-Zehnder干涉仪的上行臂和下行臂中且相对旋转π/n(n＝2，3，4...)的角度，Dove棱镜相对旋转时中心轴与光轴重合；入射光以45°角入射到第一半反半透分光镜(1)以后被分成功率相等的两束光，其中上行的一束光由第一45°全反射镜(5)反射后入射到第一Dove棱镜(7)上，在透过第一Dove棱镜(7)后入射到第二半反半透分光镜(2)上，并由第二半反半透分光镜(2)反射和透射分成功率相等的两束光；下行的一束光在透过第二Dove棱镜(8)后入射到第二45°全反射镜(6)上，并由其反射后入射到第二半反半透分光镜(2)上，并被反射和透射分成功率相等的两束光；在第二半反半透分光镜(2)处，上行光路的反射光和下行光路的透射光合成一个光路后以45°角入射到第三半反半透分光镜(3)上，其反射光入射到第一功率计(15)上，透射光入射到第一衍射光栅(9)上后经第一凸透镜(11)入射到第一CCD探测器(13)上；在第二半反半透分光镜(2)处，上行光路的透射光和下行光路的反射光合成一个光路后以45°角入射到第四半反半透分光镜(4)上，其反射光入射到第二功率计(16)上，透射光入射到第二衍射光栅(10)上后经第二凸透镜(12)后入射到第二CCD探测器(14)上；本系统中，第三半反半透分光镜(3)、第四半反半透分光镜(4)分别位于Mach-Zehnder干涉仪的两个输出端且互相垂直，第三半反半透分光镜(3)与第一半反半透分光镜(1)相互平行；第一45°全反射镜(5)、第二45°全反射镜(6)的反射面均与第一半反半透分光镜(1)相互平行；第一衍射光栅(9)、第二衍射光栅(10)分别位于Mach-Zehnder干涉仪的两个输出端且其中心轴与光轴重合；第一凸透镜(11)、第二凸透镜(12)分别与第一衍射光栅(9)、第二衍射光栅(10)呈一倍焦距的距离；第一CCD探测器(13)、第二CCD探测器(14)与第一凸透镜(11)、第二凸透镜(12)呈一倍焦距的距离。

2.一种实现含有多个轨道角动量态的混合螺旋相位光束的轨道角动量态解调的方法，其特征在于：

①实现不同角量子数螺旋光的分离，Mach-Zehnder干涉仪两臂上的Dove棱镜相对旋转过π/n，n＝2，3，4...的角度时，对于角量子数为l的螺旋光束将引入2lπ/n的附加相位差，可实现角量子数为奇数和偶数的螺旋光束从Mach-Zehnder干涉仪的两个输出端分别输出；

②实现光束中各螺旋分量能量的测量，在Mach-Zehnder干涉仪的两个输出端上，分别插入相同的50∶50分光镜并用能量计测量反射能量，即可测得待测光束中螺旋分量的能量分布情况；

③实现光束中包含螺旋分量轨道角动量态的测量，在Mach-Zehnder干涉仪的两个输出端上两个分光镜的透射光分别入射到衍射光栅上，通过观测远场衍射场各衍射级的分布情况可以确定两个输出端上输出光束的轨道角动量态。