飛秒激光制備帶有閃耀光柵的全息板實(shí)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(diǎn)，比如具有多個(gè)相位奇點(diǎn)，更高的軌道角動(dòng)量（OAM），可以通過(guò)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(jī)會(huì)。一個(gè)可變的幅值分束器和一個(gè)軌道角動(dòng)量被用來(lái)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(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)龐大，復(fù)雜。在此，提出一種簡(jiǎn)易的方法可以同時(shí)產(chǎn)生和分離高純度的渦旋光，并且通過(guò)集成設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)渦旋光的疊加，得

2、到帶有可控拓?fù)浜傻膹?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(xì)分析了軌道角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量的關(guān)系。此外總結(jié)了目前最常見(jiàn)的以及最新發(fā)現(xiàn)的方法，例如:螺旋相位板，計(jì)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(xiě)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(jiǎn)單的檢測(cè)光路，檢測(cè)H

3、PBG結(jié)構(gòu)的菲涅爾衍射光場(chǎng)的圖案，分析產(chǎn)生的渦旋光的多級(jí)分布、光強(qiáng)分布以及干涉圖案，從而證明了單個(gè)HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的，帶有可控拓?fù)浜傻臏u旋光以及渦旋光的相位奇點(diǎn)位置。
　　最后，單個(gè)HPBG結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生分離高純度的渦旋光，通過(guò)這一特性，進(jìn)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(jì)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(gè)逆時(shí)

4、針旋轉(zhuǎn)60°，另外一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°）。通過(guò)設(shè)計(jì)的雙HPBG結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了渦旋光在結(jié)構(gòu)外固定位置疊加，而沒(méi)有背景光。分析疊加后的光場(chǎng)圖案，得出了復(fù)合渦旋光的拓?fù)浜傻扔趦蓚€(gè)渦旋光所帶的拓?fù)浜芍?，并且與衍射級(jí)方向有關(guān)。同理，復(fù)合的OAM態(tài)由帶有不同拓?fù)浜傻臏u旋光所決定，而拓?fù)浜傻母淖兛梢詢(xún)H僅通過(guò)轉(zhuǎn)換帶有不同拓?fù)浜傻腍PBG結(jié)構(gòu)。為了獲得更大的OAM，可以集成兩個(gè)帶有小的拓?fù)浜傻腍PBG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