[发明专利]一种基于高阶交叉相位的涡旋光整形和多奇点操控方法

说明书

本发明涉及一种基于高阶交叉相位的涡旋光整形和多奇点操控方法。涡旋光是一种具有螺旋波阵面的特殊光场，交叉相位是一种特殊的光场相位结构，3阶及以上称为高阶交叉相位。首先利用多参量联合调控技术制备携带涡旋光信息与高阶交叉相位的全息图样，并加载到空间光调制器，一束线偏振高斯光束照射到空间光调制器进行复振幅调制，出射光为携带高阶交叉相位的涡旋光，传播一段距离后即可得到所需形状和奇点分布的涡旋光。本方法光路简洁，灵活性强，属于涡旋光操控领域，可应用于复杂涡旋光的整形和多奇点操控。

技术领域

本发明涉及一种基于高阶交叉相位的涡旋光整形和多奇点操控方法。涡旋光是一种具有螺旋波阵面的特殊光场，交叉相位是一种特殊的光场相位结构，3阶及以上称为高阶交叉相位。首先利用多参量联合调控技术制备携带涡旋光信息与高阶交叉相位的全息图样，并加载到空间光调制器，一束线偏振高斯光束照射到空间光调制器进行复振幅调制，出射光为携带高阶交叉相位的涡旋光，传播一段距离后得到所需形状与奇点分布的涡旋光。本方法光路简洁，灵活性强，属于涡旋光操控领域，可应用于复杂涡旋光的整形和多奇点操控。

技术背景

涡旋光是一种具有螺旋波阵面和特殊光强分布的光场，拉盖尔高斯光就是一种典型的涡旋光。近年来因涡旋光在光学操控、光通信、光学微测量等领域中具有广泛应用价值而饱受关注。光场中的涡旋现象最初由Boivin、Dow和Wolf于1967年在透镜组的焦平面附近发现。1973年，Bryngdahl首次开展了对制备涡旋光实验方法的探索。1979年Vaughan和Willets使用连续激光成功制备了涡旋光。1990年Yu、Bazgenov V首次使用光栅法完成了涡旋光的制备。

涡旋光的相位中含有角相位因子exp(ilθ)，其中l为涡旋光轨道角动量拓扑荷数，θ为方位角；每个光子携带的轨道角动量，为普朗克常数，该角相位因子说明涡旋光在传播过程中，若绕光轴传播一个周期，则波阵面正好绕光轴旋转一周，相位也相应改变2πl；螺旋形相位的中心是一个相位奇点，该处的相位不确定，并且光场振幅为零，因此在光场中心处形成了中空暗核。目前，涡旋光在光学微操控、高维量子态、利用旋转多普勒效应对物体的角速度进行遥感等领域的应用非常广泛。

涡旋光的整形与多奇点操控对于拓展涡旋光的应用具有重要意义。在实验室环境下，使用空间光调制器实现涡旋光的整形与多奇点操控具有诸多优点，空间光调制器体积小，使用便利，通过控制加载的全息图像分离衍射级次，可以提高涡旋光质量，将高阶交叉相位加载到空间光调制器即可实现涡旋光的整形与多奇点操控。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对目前涡旋光整形和多奇点操控较为困难，提出了一种基于高阶交叉相位的涡旋光整形和多奇点操控方法，该方法光路简洁，灵活性强，可根据实验室需求运用高阶交叉相位灵活制备不同形状和不同奇点分布的涡旋光。

本发明的技术解决方案是：

本发明涉及一种基于高阶交叉相位的涡旋光整形和多奇点操控方法，其主要包括以下步骤：

(1)利用多参量联合调控技术将涡旋光的全息图与高阶交叉相位相乘后叠加闪耀光栅，获得可以进行精确调控的全息图样，并加载到空间光调制器。

(2)激光器发出的圆偏振高斯光经过偏振器转换为线偏振高斯光，经过光束准直系统调整后照射到空间光调制器上进行复振幅调制，出射光即为携带高阶交叉相位的涡旋光，传播一段距离后演化为所需形状和奇点分布的涡旋光，实现涡旋光的整形和多奇点操控，如图1所示。

本发明的原理是：

拉盖尔高斯光束是一种典型的涡旋光，是柱坐标系下近轴波动方程的一组解，通过施加高阶交叉相位，可以在传播一定距离的条件下实现涡旋光的整形和奇点操控。