[发明专利]透反性介质对光子轨道角动量影响的测量装置及方法

说明书

本发明是透反性介质对光子轨道角动量影响的测量装置及方法。装置包括驱动电源(1)、激光头(2)、扩束器(3)、螺旋相位板(4)、反射增程腔(5)、双缝挡板(6)、光屏(7)、测量头(8)、CCD相机(9)和计算机(10)。激光头(2)发出拉盖尔高斯激光经过扩束器(3)扩束后，再通过螺旋相位板(4)赋予螺旋形相位分布，透过反射增程腔(5)不断反射，再透过双缝挡板(6)产生两束相干的光束，光屏(7)对双缝干涉结果进行成像，通过测量头(8)和CCD相机(9)测量转换信号，在计算机(10)上显示测量结果。本发明不需要大范围的外场实验，简便快速地测量，将测量的不确定度降低到6％左右。

技术领域

本发明涉及物理光学领域，是一种透反性介质对光子轨道角动量影响的测量装置及方法

背景技术

1992年Leidon大学的Allen等人理论预言了光子轨道角动量Orbital AngularMomentum，OAM的存在。它在基础性物理、应用物理以及天文，生物等交叉学科的研究中已经发挥了或正在发挥着令人意想不到的重要作用。1995年Queensland大学的研究小组实验观测到了轨道角动量从光束到CuO微粒的传递，并驱使后者发生转动，直接验证了光子轨道角动量的存在。光子轨道角动量广泛应用于量子雷达目标散射特性研究、目标探测与识别、量子隐身目标等诸多领域，除此之外，在量子通信领域，轨道角动量(OAM)作为一种新技术备受关注。但是，对于光子轨道角动量传输特性研究过程中容易由于涡旋光束携带有一定拓扑荷数的光束具有特殊的螺旋相位波前结构，在电磁波传播过程中，极易受到传输环境因素的影响，包括大气湍流、雨雾等，破坏其空间波前结构，使不同OAM模态之间信息传输产生干扰。

发明内容

本发明为研究透反性介质对光子轨道角动量的传输特性的影响，提供了一种透反性介质对光子轨道角动量影响的测量装置及方法，提供了以下技术方案：

一种透反性介质对光子轨道角动量传输特性影响的测量装置，包括驱动电源1、激光头2、扩束器3、螺旋相位板4、反射增程腔5、双缝挡板6、光屏7、测量头8、CCD相机9和计算机10，除电源1和计算机10外其余均固定在支撑架上；

驱动电源1连接激光头2，激光头2的出射端正对扩束器3的入射端，扩束器3的出射端正对螺旋相位板4入射端，螺旋相位板4的出射端正对反射增程腔5的入射端，反射增程腔5的出射端正对双缝挡板6的入射端，双缝挡板6的出射端正对光屏7的正面；测量头8的测量端正对光屏7的反面，CCD相机9正对测量头8输出结果端，CCD相机9连接计算机10。

优选地，所述激光头2输出连续稳定的拉盖尔高斯激光的激光波长范围为380nm-760nm，光斑直径为0.5-0.9mm，横模为TEM00，偏振状态为线偏振、光束质量小于1.5。

优选地，所述激光头2产生的拉盖尔高斯激光通过所述螺旋相位板4的中心位置，所述螺旋相位板4使拉盖尔高斯激光光束携带拓扑荷为1的轨道角动量。

优选地，反射增程腔5包括5个首尾相连的反射镜，相邻的反射镜相互垂直，首尾处的两个发射镜长度为8cm-13cm，中间3个反射镜长度为20cm-30cm，反射增程腔5内填充透反性介质。

优选地，双缝挡板6的双缝间距为0.08mm-0.4mm，双缝挡板6与光屏7之间的距离为500mm-800mm。

一种透反性介质对光子轨道角动量传输特性影响的测量方法，包括如下步骤：

步骤一：向反射增程腔5内填充透反性介质，保持室温状态；

步骤二：将驱动电源1接入220V交流电，激光头2产生一束连续稳定的拉盖尔高斯激光；

步骤二：调整激光头2、扩束器3和螺旋相位板4的中心点在同一直线上，使螺旋相位板4处发出的入射光束与反射增程腔5呈80°入射；