[发明专利]一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置与方法

权利要求书

1.一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述装置包括高斯光源模块，第一轨道角动量调制模块，第二轨道角动量调制模块和复用模块；

所述高斯光源模块包括泵浦光源和起偏器；

所述泵浦光源用于产生高斯脉冲光；所述起偏器将高斯脉冲光束调制成所需要的偏振态；

所述第一轨道角动量调制模块包括：第一延时器，第一四分之一波片，第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜，所述第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜依次连接形成第一往返光路；

所述第二轨道角动量调制模块包括：第二延时器，第二四分之一波片，第二全息光栅开关，第二螺旋相位板和第二全反射镜，所述第二全息光栅开关，第二螺旋相位板和第二全反射镜依次连接形成第二往返光路；

所述复用模块包括：第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、半波片以及合束器；

所述高斯脉冲光先经过复用模块，再进入第一或第二轨道角动量调制模块，然后经过第一或第二延时器，再经第一或第二四分之一波片对光束的偏振态进行第一次旋转，接着进入所述第一或第二往返光路，通过控制第一或第二全息光栅开关的开关时间，完成轨道角动量态的调制；调制好的光脉冲将沿原光路出射并进入所述复用模块的合束器，叠加生成轨道角动量态或叠加态。

2.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二延时器用于弥补第一或第二轨道角动量调制模块中因循环往返调制造成的相对时差。

3.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二四分之一波片接收入射光时，入射的线偏振光变为圆偏振光；所述圆偏振光经过第一或第二全反射镜反射回来再次经过该波片时，圆偏振光变为与入射时偏振态正交的线偏振光。

4.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二全息光栅开关在晶体内部生成布拉格光栅，通过布拉格光栅完成光的选择性反射。

5.根据权利要求4所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：当施加电压时，所述布拉格光栅将光束反射；当不施加电压时，光束直接透射过晶体。

6.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二螺旋相位板为光学厚度与旋转方位角成正比的纯相位衍射光学元件。

7.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一、第二或第三偏振分束器透射水平偏振光，反射竖直偏振光。

8.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述半波片将竖直偏振光转换为水平偏振光。

9.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述合束器，用于耦合来自第二偏振分束器和第三偏振分束器的竖直偏振光。

10.一种应用于如权利要求1所述的偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤S1：高斯光源模块根据所需产生的轨道角动量态产生对应偏振态并传输至复用模块；

步骤S2：产生的偏振态进入复用模块时，先通过第一偏振分束器，分成上右两支路；右支路经过第二偏振分束器，与第一轨道角动量调制模块连接；上支路则经过半波片和第三偏振分束器，与第二轨道角动量调制模块连接，此时，光的状态变为：

步骤S3：第一和第二轨道角动量调制模块根据所需产生的轨道角动量态调整第一延时器或第二延时器的延时参数，保证两路光的时间一致性；其中，|L₁和|L₂是轨道角动量态，L1和L2为拓扑荷数，α²+β²＝1；

步骤S4：入射光同时进入第一或第二轨道角动量调制模块，经过延时，第一或第二四分之一波片对偏振态进行第一次偏振旋转，然后进入由第一或第二全息光栅开关、第一或第二螺旋相位板、第一或第二全反射镜组成的往返光路进行OAM调制；

其中，光在第一轨道角动量调制模块中，往返次；光在第二轨道角动量调制模块中，往返次；调制好的光脉冲将沿原光路出射；

步骤S5：调制后的光经过延时器的时间补偿后，在同一时间被第二或第三偏振分束器反射，并且通过合束器耦合输出；此时光的最终状态变为：