[发明专利]一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法及系统

权利要求书

1.一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将携带光子轨道角动量的涡旋光场垂直入射至(r₁,θ₁)平面的第一相位板，所述第一相位板上加载有预设的第一相位调制Q(r₁,θ₁)，所述涡旋光场的波前为角向螺旋相位分布为exp(ilθ₁)，所述l为拓扑电荷数，θ₁为方位角，i是虚数单位；

涡旋光场经过第一相位板螺旋分解和相位调制后传播到(r₂,θ₂)平面的第二相位板，所述第二相位板上加载有预设的第二相位调制P(r₂,θ₂)；

将涡旋光场经过第二相位板使得相位分布从角向螺旋相位exp(ilθ₁)变换为角向缩放后的螺旋相位exp(inlθ₂)后通过光学4f低通滤波模块，得到环形光强分布的理想涡旋光，所述n为缩放因子；

通过光学4f低通滤波模块输出平面(r₃,θ₃)输出理想涡旋光，完成乘除操作。

2.根据权利要求1所述一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，所述旋涡光场的中心与第一相位板的中心对准。

3.根据权利要求2所述一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，所述第一相位板螺旋分解具体为(r₁,θ₁)平面上的光场沿着对数螺旋线的路径分解并映射到(r₂,θ₂)平面上的直线，相应的坐标映射关系表达式如下：

θ₂＝θ₁/n,r₂＝cr₁^-1/n

式中，所述(r_j,θ_j)(j＝1,2,3)是直角坐标表示的(x_j,y_j)平面的螺旋极坐标，所述n和为对数螺旋变换的相关参数，n表示缩放因子，r₀表示上述坐标变换中从(r₀,0)映射到同一点(r₀,0)的径向位置。

4.根据权利要求3所述一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，所述(r_j,θ_j)(j＝1,2,3)通过下式进行表达：

θ_j＝θ₀+2mπ,

式中，所述a表示对数螺旋线的变化快慢程度；所述表示取整数部分，θ_j的取值范围是(-∞,+∞)。

5.根据权利要求4所述一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，所述第一相位调制Q(r₁,θ₁)表达式如下：

式中，所述k为入射涡旋光场在第一相位板与第二相位板之间的传播的波数，所述d为第一相位板与第二相位板之间的距离；所述n和为对数螺旋变换的相关参数，其中n表示缩放因子，r₀表示上述坐标变换中从(r₀,0)映射到同一点(r₀,0)的径向位置；所述的q＝1-1n以简化表达式。

6.根据权利要求5所述一种光子轨道角动量模式任意乘除的方法，其特征在于，第二相位调制P(r₂,θ₂)表达式如下：

式中，所述k为入射涡旋光场在第一相位板与第二相位板之间的传播的波数，所述d为第一相位板与第二相位板之间的距离，(r₁,θ₁)和(r₂,θ₂)满足相应的坐标映射关系。