[发明专利]双耳圆形衍射光阑及涡旋光拓扑荷数检测系统与检测方法

说明书

本发明公开了双耳圆形衍射光阑及涡旋光拓扑荷数检测系统与检测方法，其中，双耳圆形衍射孔包括双耳圆形衍射孔，所述双耳圆形衍射孔主要由双纽线、圆心均位于所述双纽线的对称中心的第一圆弧和第二圆弧构成；所述第一圆弧连接于所述双纽线的上侧，所述第二圆弧连接于所述双纽线的下侧，所述双纽线的横向长度与所述第一圆弧的半径之比为(2.5‑3.2)：1；所述双耳圆形衍射孔左右对称。本发明通过单个孔径衍射，即可完成对涡旋光拓扑荷数的测量，从而避免了多孔径中孔的排布精度对测量精度的影响；并且在调节涡旋光束与双耳圆形孔径共轴时，即使有一定偏差，衍射光强分布仍能达到检测涡旋光拓扑荷数的目的，因此本技术方案对检测操作误差具有一定的容忍度。

技术领域

本发明涉及信息光学领域，尤其涉及一种双耳圆形衍射光阑及涡旋光拓扑荷数检测系统与检测方法。

背景技术

涡旋光束是一种携带有轨道角动量的结构化光束，它具有特殊的螺旋波前结构和固定的拓扑荷数。这种具有螺旋相位结构的光束聚焦时会形成具有轨道角动量的环，而不是普通的点光斑，它主要是由相位奇点引起的。1992年，Allen等人指出涡旋光束的螺旋型相位分布可用exp(ilθ)相位函数来描述，每一光子上携带有的轨道角动量。其中l为涡旋光的拓扑荷数θ是方位角，并且是普朗克常数除以2π。也就是说，一束单色涡旋光束的每一光子理论上可同时携带有轨道角动量(OAM)和自旋角动量(SAM)，它们分别影响着涡旋光的偏振和空间分布。近年来研究表明，由于涡旋光束具有微/纳米粒子的操控能力，在光镊、光俘获和量子信息技术研究等领域具有巨大的应用价值。特别是在量子信息技术研究领域，由于轨道角动量模式之间的无限正交性的存在，利用轨道角动量模式将能有效实现信息的传递，很大程度上扩大传输信息的容量。在涡旋光束研究中，轨道角动量作为描述涡旋光束特性的一个重要参数，如何高效测定轨道角动量的大小已成为重中之重，而轨道角动量的大小就是通过涡旋光束的拓扑荷数l来体现的，拓扑荷数l体现了光束绕奇点一周的相位变化规律。因此，探索一种更为高效的方法来检测涡旋光束的拓扑荷数具有很重要的研究意义。

近些年来，在拓扑荷数测量研究中，科研工作者已经发现了几种比较有效的测量方法。2008年，Gregarious C.G Berkhout和Marco W.Beijersbergen等人提出一种多孔方法测量涡旋光束的轨道角动量。2009年王涛等人基于菲涅尔衍射积分理论，对拉盖尔高斯光束的单缝衍射特性进行了研究。同年国承山、卢磊磊等人提出了环带傅里叶变换法测量涡旋光束的拓扑荷数。2012年杨元杰等人利用交叉谱密度函数法测量部分相干涡旋光的轨道角动量。

上述的测量方法虽均能有效测定涡旋光的拓扑荷数，但在现实应用中却存在一定的挑战，比如在多孔测量法中，拓扑荷数的大小往往与多孔的尺寸和排布息息相关，孔径的排布严重影响其测量精度，环带傅里叶测量法和交叉谱密度函数法虽能较为准确的测量拓扑荷数，但其实验系统结构较为复杂，不适合实际应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双耳圆形衍射光阑及涡旋光拓扑荷数检测系统与检测方法，旨在解决现有信息光学领域的测量涡旋光的拓扑荷数的方法精度不够以及系统结构较为复杂的问题。

本发明的技术方案如下：

一种双耳圆形衍射光阑，包括双耳圆形衍射孔，所述双耳圆形衍射孔主要由双纽线、圆心均位于所述双纽线的对称中心的第一圆弧和第二圆弧构成；

其中，所述第一圆弧连接于所述双纽线的上侧，所述第二圆弧连接于所述双纽线的下侧，所述双纽线的横向长度与所述第一圆弧的半径之比为(2.5-3.2)：1；所述双耳圆形衍射孔左右对称。

所述的双耳圆形衍射光阑，其中，所述第二圆弧的半径不等于所述第一圆弧的半径，形成上下非对称结构。

所述的双耳圆形衍射光阑，其中，所述双纽线的横向长度与所述第一圆弧的半径之比为31：11。