飛秒激光制備帶有閃耀光柵的全息板實現(xiàn)復(fù)合渦旋光的方法研究.pdf

1、復(fù)合渦旋光不僅擁有渦旋光的所有的特性，而且擁有著自己的特點，比如具有多個相位奇點，更高的軌道角動量（OAM），可以通過增加復(fù)合OAM模式的數(shù)目，提供任意的OAM量子態(tài)，這在量子信息和光通信上提供了各式各樣的機會。一個可變的幅值分束器和一個軌道角動量被用來產(chǎn)生疊加的渦旋光，但是傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生的渦旋光純度可能較低，而且整個實驗系統(tǒng)龐大，復(fù)雜。在此，提出一種簡易的方法可以同時產(chǎn)生和分離高純度的渦旋光，并且通過集成設(shè)計的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)渦旋光的疊加，得

2、到帶有可控拓撲荷的復(fù)合渦旋光。
　　首先，闡述了渦旋光的概念、特征以及波函數(shù)，其中詳細分析了軌道角動量與自旋角動量的關(guān)系。此外總結(jié)了目前最常見的以及最新發(fā)現(xiàn)的方法，例如:螺旋相位板，計算全息-空間光調(diào)制器，q-板，回音壁模式諧振腔，超材料與超表面等。
　　其次，閃耀光柵的全息板(HPBG)結(jié)構(gòu)的加工系統(tǒng)，飛秒激光直寫加工HPBG結(jié)構(gòu)的流程以及加工的HPBG結(jié)構(gòu)的衍射效率和傳輸效率被系統(tǒng)的研究。利用搭建的簡單的檢測光路，檢測H

3、PBG結(jié)構(gòu)的菲涅爾衍射光場的圖案，分析產(chǎn)生的渦旋光的多級分布、光強分布以及干涉圖案，從而證明了單個HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的，帶有可控拓撲荷的渦旋光以及渦旋光的相位奇點位置。
　　最后，單個HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的渦旋光，通過這一特性，進一步研究了閃耀光柵的光柵周期與離散角的關(guān)系。設(shè)計了雙HPBG結(jié)構(gòu)，包括光柵周期（4.06μm），半徑（20μm），HPBG結(jié)構(gòu)間的間距（2μm）以及HPBG結(jié)構(gòu)間的旋轉(zhuǎn)方向（一個逆時

4、針旋轉(zhuǎn)60°，另外一個逆時針旋轉(zhuǎn)120°）。通過設(shè)計的雙HPBG結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了渦旋光在結(jié)構(gòu)外固定位置疊加，而沒有背景光。分析疊加后的光場圖案，得出了復(fù)合渦旋光的拓撲荷等于兩個渦旋光所帶的拓撲荷之和，并且與衍射級方向有關(guān)。同理，復(fù)合的OAM態(tài)由帶有不同拓撲荷的渦旋光所決定，而拓撲荷的改變可以僅僅通過轉(zhuǎn)換帶有不同拓撲荷的HPBG結(jié)構(gòu)。為了獲得更大的OAM，可以集成兩個帶有小的拓撲荷的HPBG結(jié)構(gòu)。由此證明了方法是穩(wěn)健的，它不僅克服了傳統(tǒng)OAM疊