《波動光學》課程中光束渦旋相位的實驗演示與研究

林旭靖，陳潤東，陳偉成，謝嘉寧，蘇志錕

（佛山科學技術學院光電信息工程系，廣東 佛山 528000）

1 Sagnac偏振干涉實驗原理

如圖1所示，He-Ne激光器發出的光，經過1/4波片和半波片后形成水平線偏振光，再經過偏振分束器后分為水平線偏振光和垂直線偏振光。其中水平線偏振光路線M3M2SVPPQWPHWPQWPM1PBS，垂直線偏振光路線經過M1QWPSVPPM2M3PBS。最后兩束光在PBS處合為一束光輸出。輸出的光再經過衰減器和偏振器后用CCD對圖像進行讀取。

圖1 Sagnac偏振干涉儀光路圖

2 實驗測試

圖2 當=且=0時，m=3，4，5，8生成的光強分布

如圖2所示，其中圖片中的箭頭符號表示線偏振器的偏振方向。當光路中沒有加線偏振器時，形成的是一個圓形渦旋光束，隨著渦旋光束拓撲荷數的增加，整個光斑的形狀隨之增加，渦旋光束的暗核大小也隨之變大；當光路中加入的線偏振器水平或者垂直時，CCD測得的是一個個亮斑，亮斑的數量為2m個，并且光斑的形狀和中間暗核也隨著拓撲荷數m的增加而增加。偏振光與偏振器的偏振方向的夾角越大，其投影到偏振方向的能量越小，因此，測得的圖像是一個個亮斑。

3 結語

本文的重點是應用Sagnac偏振干涉儀對渦旋的光束的拓撲荷數測量方法進行研究。由于光路的散射和損耗等實驗誤差，使得測試出來的渦旋光束和亮斑的光強分布不均勻，而且周圍還有很多的雜光，這是本實驗的不足之處。