摘要：涡旋光束在提高通信能力方面的巨大潜力日益受到人们的青睐,而宽带特性是提高信道容量的关键。此外,当前涡旋光束产生器件存在着带宽窄、效率低等缺点。因此,设计了一种基于Pancharatnam-Berry相位的超宽带反射超表面,该超表面由13×13单层旋转反射单元结构组成,在频率范围为0.9~1.8 THz内可产生太赫兹涡旋光束。结果表明,该涡旋光束产生器件可以实现高效率(工作效率在90%以上)和较宽的工作频率,这为高性能宽带涡旋光束产生器的设计开辟了一条新途径。

摘要：针对涡旋光受大气湍流而产生的相位畸变问题,设计了卷积神经网络检测涡旋光束轨道角动量态。将相位畸变的拉盖尔高斯涡旋光光强图像作为样本数据输入,网络利用输入的数据集进行自主学习,经过多次迭代能够精确检测出光束高阶轨道角动量信息。仿真结果表明:在大气湍流强度不确定的情况下,模型对轨道角动量态范围为1~40、1~100、1~160的涡旋光束检测准确率分别为94%、90%、86%;在不同传输距离、不同径向指数、不同基模束腰半径以及不同波长下轨道角动量态范围为1~100的涡旋光束的检测准确率均达到78%以上,且具有很好的鲁棒性。该方法检测精度高、范围广、移植性强,可为涡旋光束轨道角动量态的检测与识别提供一种新思路。

摘要：基于计算全息法,通过计算和模拟得到了涡旋光束与平面光束干涉所产生的位错条纹,用胶片记录位错条纹并制作成位错光栅,在自行设计搭建的光路中进行实验获得1-4阶的涡旋光束。实验结果表明,各阶涡旋光束的空心半径随着阶数的增大而逐渐增大,与理论分析相符合;实验进一步观察到各阶光栅的二级甚至三级衍射光束,当入射光束中心与光栅位错中心重合时,能够产生光强分布对称的涡旋光束,当光束中心和光栅中心不重合时,产生的涡旋光束的光强分布不对称。这为后续以涡旋光束为捕获光束的光镊实验的进一步拓展及应用提供了理论和技术支持。

摘要：设计了一种近场涡旋光束干涉的微结构阵列。在该阵列中,一对正交排列的矩形小孔构成阿基米德螺旋线。在线偏振太赫兹波的激励下,其左旋和右旋分量分别形成具有异号拓扑荷数的近场涡旋光束,并叠加产生新的电场分布。数值仿真结果表明,通过调控每个矩形小孔的角度和螺旋线的螺距,可实现任意拓扑荷数的正交涡旋光束的电场叠加。

摘要：使用连续镜面变形镜生成涡旋光束,根据涡旋光束相位的螺旋对称结构,变形镜驱动器设计成环形排布,通过生成环形螺旋波前来解决连续镜面变形镜不能拟合奇点的问题。在光路中加入4f滤波系统来滤去高频噪声和次级衍射旁瓣。推导了空间滤波的小孔半径的表达式,这可以保证在滤波过程中尽可能保留主瓣信息,并且完全消除旁瓣。仿真得到了拓扑荷数等于-5~5的无旁瓣的涡旋光束,得到的振幅分布具有破坏性的环形结构,相位分布是比较理想的螺旋结构,而且滤波之后的模式纯度接近理想值。该方法使用的连续镜面变形镜面形变化灵活,可以承受高功率,对于模式可调的高功率涡旋光束的生成有很好的应用前景。

摘要：用空间光调制器模拟叉形光栅的方式产生高阶和分数阶涡旋光束,分离各阶涡旋光束并探究单级特性,探测其拓扑荷数以验证实验方法的正确性。设计了涡旋光束生成光路,编写了产生叉形光栅全息图的计算机程序,利用透射式空间光调制器模拟叉形光栅,以全息图的方式加载到空间光调制器上。调节参数改变全息光栅图样,得到拓扑荷数从1.0到100.0的整数阶与间隔为0.1的分数阶涡旋光束。利用孔径光阑分离出一级衍射,分析其特性并利用干涉法测量其拓扑荷数。实验发现,整数与分数阶光场分布与拓扑荷数为单调关系,拓扑荷数接近100时光束质量显著下降的特性,利用干涉法测得的拓扑荷数与计算全息图设置的参数完全相同。干涉测量结果验证了计算全息方法的正确性。该方法装置简易、参数可调,可为高阶和分数阶涡旋光的产生和应用提供一定的参考。

摘要：基于一阶微扰法,推导了涡旋光束在大气中传输的稳态热晕解析表达式,并得到了由热晕引起的涡旋光束的相位畸变表达式。通过数值模拟涡旋光束在大气中传输的光强等值线分布,详细分析了传输距离、初始功率、横向风速、大气吸收系数和初始半径对涡旋光束热晕的影响。研究结果表明,在其他参数不变的情况下,单一增大涡旋光束的初始功率、传输距离和大气吸收系数,热晕效应会增强;相反,单一增大初始半径和横向风速反而会减小热晕效应。在有风的情况下,由于热晕作用,涡旋光束会向来风方向偏折,峰值强度发生移动,形成不对称的分布,且涡旋光束在沿风向和垂直风向的相位变化有所不同。所得结果对高功率激光在大气传输中的应用与高能激光器的发展具有重要的指导意义。

摘要：涡旋光束是一种携带有轨道角动量的特殊光束,近年来在光信息传输与加密、天文学探测、微观粒子操纵和生物医学等领域具有广泛的应用价值。传统的涡旋光束产生方法存在一定的局限性,如只能生成特定波长、元器件尺寸偏大和集成化程度较低,而基于超表面微纳技术的发展为涡旋光束的产生和操控提供一种全新的可能性。鉴于此,提出一种基于勾型超表面阵列的涡旋光束产生方法,该超表面结构能够有效地减小涡旋光束生成器件的尺寸,可以实现器件的集成化,且该超表面结构不依赖于特定入射光的圆偏振特性、波长和偏振方向,从而能够实现高拓扑荷数涡旋光束的生成。

摘要：近些年来,涡旋光束特有的相位结构和携带轨道角动量(OAM)特性,使其在光通信、光操纵、成像、传感到量子信息等领域具有广泛的应用前景。但这些应用都必须依赖于高质量涡旋光束的产生,因此光学微腔凭借自身结构紧凑、品质因子高、元件体积小等优点,研制出的新型集成光学器件能够发射出高质量涡旋光束,在现代光电子器件制造中占据十分重要的地位。综述了光学微腔产生OAM光束的原理、研究进展、设计方案以及实验生成,同时对已有的OAM激光器性能进行分析,最后对集成光学器件应用领域面临的挑战和进一步改进方向进行展望。

摘要：为了研究1阶和2阶模式下的非连续性相位L型天线的超表面阵列特性,采用异常透射的散射场理论,设计了一种L型天线结构,控制天线的几何参量,选取阵列单元组,使得其覆盖相位超过2π。并根据不同的拓扑荷,设计1阶和2阶涡旋相位板,产生不同阶数涡旋光束。结果表明,用太赫兹线偏光垂直入射时,天线单元垂直偏振透射方向的模拟仿真效率达到55%左右;相位覆盖0~2π和0~4π时,其线性阵列的异常透射角不同,分别为-14.7°和-30°,其结果与广义斯涅耳定理一致。此研究对太赫兹涡旋光束的器件研究有重要的应用价值。