摘要：论文依据Pancharatham-Berry(PB)几何相位原理,在反射型太赫兹编码超表面单元结构中引入了石墨烯材料,通过调控双层石墨烯结构的费米能级可使其反射幅度动态可调。根据单元的幅度可调特性,设计出具有旋转相位梯度特征的编码序列,产生了幅度可调的涡旋光束。与编码超表面的傅里叶卷积运算相结合,进一步设计能够出射双涡旋光束的编码超表面,大大提升了对涡旋光束数目和散射角度的可控性。其在太赫兹高速通信系统中具有潜在的应用价值。

摘要：针对纤芯折射率分布为倒抛物线型的光纤结构,在光纤的纤芯与包层之间增加低折射率层,构成了改进的新型光纤。该光纤可容纳高阶轨道角动量(OAM)模场,通过归一化截止频率的计算得到光纤可支持9种模式,最高可容纳拓扑荷数为3的OAM模式。计算得到简并模式LP11与LP21的有效折射率差均可达到2.1×10-4,简并模式LP31之间有效折射率差可达到10-3,能够有效地使矢量模式简并分离,对越高阶的模式简并分离效果越好。最后分析了此光纤结构低折射率层的分布对于光纤可容纳涡旋光束模式数目的影响。

摘要：光纤模式耦合器因其较宽的波长带宽、高效率的模式耦合成为全光纤超短脉冲涡旋光束产生的首选。首先研究了单模光纤、少模光纤以及空心光纤的矢量模式特性,并分别设计了用于掺镱光纤激光器的单模-少模光纤(SMF-FMF)模式耦合器和单模-空心光纤(SMF-HCF)模式耦合器。然后,采用数值仿真软件研究了模式耦合器的耦合特性,分析纤芯间距与耦合效率的关系。仿真结果表明:SMF-FMF模式耦合器可以将LP01模式转化为LP11/LP21模,且耦合效率大于96%;而SMF-HCF模式耦合器可以将HE11转化为HE21/HE31模,其耦合效率超过82%。SMF-FMF模式耦合器和SMF-HCF模式耦合器的设计为掺镱锁模光纤激光器获得大拓扑荷超短脉冲涡旋光束奠定了基础。

摘要：螺旋相位片(Spiral phase plate简称SPP)是产生轨道角动量光束的一种重要光学器件,在光束调控、量子信息等领域有着重要应用.本文提出了一种基于计算机打印灰度掩膜的螺旋相位片的加工方法,详细讨论了SPP设计方法和光刻工艺,并实验制作了拓扑电荷为3的螺旋相位片,利用马赫-策德尔干涉仪实验对SPP产生涡旋光束进行了检测,获得良好的螺旋相位干涉图.本文的研究结果为低成本、高质量、高效率的螺旋相位片加工技术提供了一种有用途径.

摘要：阵列OAM编码传输是一种提高信息容量的潜在方法,对实现大容量光通信具有重要研究价值,但存在系统复杂度高、调控不灵活的问题.本文提出了一种可灵活调控的阵列叠加OAM编码图像传输的方法,通过设计2×2达曼光栅生成2×2阵列高斯光束,随后通过匹配整合涡旋全息光栅生成2×2阵列叠加涡旋光束,阵列叠加涡旋光束的各子通道均可自由独立调控,且实验装置简单、易于操作.基于此,搭建了阵列叠加OAM编码图像传输系统,对一幅小狗灰度图像进行编码及传输.实验结果表明:在无任何干扰的情况下,实现了零误码的图像传输;在有湍流干扰情况下,图像传输误码率为0.001;在严重湍流干扰情况下,传输误码率达到0.089.此外,采用2×2阵列涡旋光模式,相对于传统单涡旋光编码数据传输的方法,所携带的信息容量扩大了4倍.该阵列叠加涡旋光编码通信方法及系统对实现大容量OAM光通信具有重要参考价值.

摘要：实验研究及理论分析了光波场中边位错向螺旋位错的转化行为.设计了围绕中心沿角向周期排列的多边位错相位结构,实验上通过计算全息图法研究了其对高斯光束的调制作用以及调制光束的传播特性.结果表明,随着调制光束逐渐演化为类涡旋光束,多边位错结构可以转化为螺旋位错,且位错结构的总相位变化守恒.结合光场的线动量密度图详细分析了该演化过程,并进一步讨论了多边位错结构中的相位突变值对螺旋位错转化的影响,给出了决定螺旋位错拓扑荷值的定量关系式.

摘要：本文提出一种使用立方相位光栅测量涡旋光束高阶轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)模式的方法。将艾里光束特有的相位变化特性与光栅的结构函数结合,设计一种立方相位光栅,并将涡旋光束准直入射至立方相位光栅的不同入射点上以产生衍射图。数值仿真和实验结果表明,通过分析衍射图中的类厄米-高斯衍射图样可以较容易地测量入射光束的OAM模式。入射光束拓扑荷值的大小由衍射图中的亮条纹数决定,其正负值由亮条纹的分布走向决定。优化后的实验链路可简化实验操作,效果明显,可将检测的拓扑荷值最高可达到60。

摘要：涡旋光束的轨道角动量(OAM)可用于信息的编码,因此在自由空间光通讯等领域具有重要的应用价值。然而,实际的传输空间通常存在着各种随机介质,会造成传输涡旋光束的波面畸变,导致传统的方法无法准确测量涡旋光束的轨道角动量。针对此问题,以毛玻璃作为随机介质,基于深度学习技术,从涡旋光束经过毛玻璃所产生的散斑场中准确识别出了涡旋光束的轨道角动量。进一步,为提升光信息的编码与传输能力,还测试了多涡旋结构光束的轨道角动量识别。测试结果表明,对于五个涡旋结构的光束,所设计的网络也能从单帧散斑图中准确识别其轨道角动量。

摘要：涡旋阵列光场不仅具有单涡旋光束的特性,而且新增了空间排列这一新的自由度,新颖的结构与特性使其在光通信、光学微操、大容量光存储等领域应用广泛.本文研究了周期性阵列光场的特性与产生,利用多束涡旋光束叠加制作单环、双环的晶格,通过模拟和实验设计制作了多种二维涡旋阵列光场,如线性排列、矩阵排列和径向排列的二维涡旋阵列光场,并分析了其结构特性.利用二维周期阵列光场与沿z轴传播的平面波相干涉,产生多种三维阵列光场,如六角型、六边螺旋型、Kagome型和Honeycomb型三维涡旋阵列光场.在应用方面进行了光镊实验,分别用涡旋波片法和全息法产生涡旋光束并应用于捕获二氧化硅微粒并驱动其旋转,实现了涡旋光束的粒子微操纵.这两种方法产生的涡旋光束均可用于光镊技术,启发我们在未来的应用中寻找更为便捷高效的光镊技术手段以提高工作效率.

摘要：针对传统阶梯型高阶螺旋相位板在光纤端面上制作难度大和使用过程中容易损坏的问题,文章提出了一种在光纤端面上制作平面型螺旋相位板的设计方案。这种相位板在不同方位角上高度相同,通过控制不同方位角处的折射率可获得不同的拓扑荷数。文章使用菲涅尔衍射理论对该方案产生的涡旋电场分布及光强分布进行了详细的理论分析,同时采用时域有限差分方法对基模高斯光束通过具有不同拓扑荷数的平面型螺旋相位板后在光纤中的传播过程进行了仿真验证。仿真结果表明,该种光纤端面平面型相位板对于高阶和低阶模式都能产生高质量的涡旋光束,有效克服了传统阶梯型螺旋相位板存在的不足。