基于連續(xù)鏡面變形鏡生成模式可調(diào)的渦旋光束仿真研究

唐奧，蘭斌，沈鋒

（1 中國(guó)科學(xué)院自適應(yīng)光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610209）

（2 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所，成都610209）

（3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

0 引言

渦旋光束的相位為一扭曲的波陣面，其光子沿軸向方向螺旋前進(jìn)。1992年，ALLEN L 等［1］分析了拉蓋爾—高斯光束，證明了凡是復(fù)振幅表達(dá)式中含有相位項(xiàng)exp（ilθ）的光束，它的每個(gè)光子都具有l(wèi)? 大小的軌道角動(dòng)量（Orbital Angular Momentum，OAM），l被稱為拓?fù)浜蓴?shù)（topological charge，l）。由于渦旋光束具有這些獨(dú)特的性質(zhì)，在經(jīng)典和量子通信［2-3］，粒子操縱［4］，超分辨成像［5］，光學(xué)加工［6］以及旋轉(zhuǎn)探測(cè)［7］等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

在上述應(yīng)用中，渦旋光束的生成研究具有十分重要的意義。目前已經(jīng)報(bào)道了許多方法，例如，使用螺旋相位板［8］，超表面［9-11］，空間光調(diào)制器［12-13］和數(shù)字微鏡［14］等腔外光學(xué)元件將高斯光束轉(zhuǎn)換為渦旋光束。螺旋相位板和超表面等方法生成不同模式的渦旋光束需要更換不同的光學(xué)元件，而使用空間光調(diào)制器和數(shù)字微鏡雖然能靈活生成不同模式的渦旋光束，但是衍射效率很低，而且上述方法大部分采用的是相位型光學(xué)元件，不能承受高功率激光。此外，費(fèi)馬螺旋衍射光柵［15］，光纖［16-17］，光子晶體［18］等方法也被用來(lái)生成渦旋光束。費(fèi)馬螺旋衍射光柵由一系列螺旋縫組成，能量轉(zhuǎn)化效率比較低，采用光纖法在功率放大過(guò)程中的高峰值功率往往會(huì)造成光纖放大器的光學(xué)損傷，另外光子晶體雖然在集成器件上有很大優(yōu)勢(shì)，但也不能承受高功率，因此，這些方法對(duì)于生成高功率渦旋光束不是很理想?！?br>