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基于坐标转换的分数轨道角动量探测
Detection of fractional orbital angular momentum based on coordinate transformation
投稿时间：2023-02-27  
DOI：10.3969/j.issn.1005-5630.202302270029
中文关键词:  坐标转换  逆向设计  分数轨道角动量  高衍射效率
英文关键词:coordinate transformation  reverse design  fractional orbital angular momentum  high diffraction efficiency
基金项目:上海新星计划（20QA1404100）；国家自然科学基金（62005164、62005166、12004355）
作者单位E-mail
胡晓楠 上海理工大学 光子芯片研究院, 上海 200093
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093 		 
方心远 上海理工大学 光子芯片研究院, 上海 200093
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093 		xinyuan.fang@usst.edu.cn 
摘要点击次数: 1915
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中文摘要:
      具有轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)的涡旋光束因其无穷的空间状态，在经典光学和量子光学中备受关注。近年来，通过引入分数OAM的涡旋光束来增加OAM模式维度的复用能力。然而，如何高效探测分数OAM模式仍然是一个有待解决的问题。通过逆向设计结合坐标转换的方式对分数OAM模式进行探测。首先，分数OAM模式通过扇形转换调制，得到螺旋相位梯度成倍增加的光场。其次，通过对数转换的转换相位叠加逆向设计的补偿相位调制光场。最后，实现对拓扑荷数间隔为0.1的21阶OAM模式的探测。结果发现，两束复用分数OAM光束经过系统后，光斑能被分开的最小间隔为0.6。同时，系统仍然能保持83%的高衍射效率。这为解决高效率、超高维度的光学处理领域提供了一种有效的方案。
英文摘要:
      Vortex beams with orbital angular momentum (OAM) have attracted much attention in classical and quantum optics due to their infinite spatial states. In recent years, fractional OAM vortex beams have been introduced to increase the multiplexing ability of OAM mode dimensions. However, how to efficiently detect fractional OAM patterns is still a problem to be solved. This paper uses reverse design combined with coordinate transformation to identify fractional OAM patterns. Firstly, the fractional OAM mode is modulated by sector conversion to obtain a light field with a spiral phase gradient that increases exponentially. Secondly, the light field is re modulated by a logarithmically converted converted conversion phase superimposed on a reversely designed compensation phase. Finally, the recognition of a 21 order OAM pattern with a topological charge interval of 0.1 is realized. Moreover, it was found that after two multiplexed fractional OAM beams pass through the system, the minimum spacing at which the light spots can be separated is 0.6. At the same time, the system can still maintain a high diffraction efficiency of 83%. This provides an effective solution for solving the field of high efficiency and ultra high dimensional optical processing.
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