【摘 要】
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近年来,由于光子轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）具备正交性和高维性,基于OAM态的高维量子通信及基于OAM态的复用光通信（不需要额外的带宽）都引起了广泛的关注,其中精确的OAM态检测仍然是一个重要挑战。本文针对于光子轨道角动量的拓扑荷检测、轨道角动量光束的强度和相位捕获进行了研究,主要工作和成果如下:（1）考虑到OAM光束具有螺旋相位结构及其Gouy相位特点,
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近年来,由于光子轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）具备正交性和高维性,基于OAM态的高维量子通信及基于OAM态的复用光通信（不需要额外的带宽）都引起了广泛的关注,其中精确的OAM态检测仍然是一个重要挑战。本文针对于光子轨道角动量的拓扑荷检测、轨道角动量光束的强度和相位捕获进行了研究,主要工作和成果如下:（1）考虑到OAM光束具有螺旋相位结构及其Gouy相位特点,论文提出了一种基于干涉OAM态花瓣图案数量和花瓣图案旋转角度的OAM态拓扑荷数的检测方法。利用干涉OAM态的花瓣图案数量与输入OAM态拓扑荷间关系,以及花瓣图案在不同传播距离下的旋转角度不同,通过测量花瓣图案的旋转角度,可以有效地计算出输入OAM态的拓扑荷数值。论文首先推导出干涉OAM态花瓣图案的旋转角、拓扑荷值与传播距离之间的关系,然后给出通过干涉OAM态的花瓣图案数和花瓣图案的旋转角度获取输入OAM态的拓扑荷数值的方法,数值模拟和实验结果表明,该方法可以同时检测出输入OAM态的符号和拓扑荷,且具有较高的容错性。（2）考虑到本地平面波与接收OAM态间的干涉相长与相消,论文提出一种同时捕获接收OAM光束幅度分布和相位分布的方法。将接收OAM态与接收端的本地平面波产生干涉,用两个电荷耦合器件（CCD）分别记录下相长和相消的干涉图案。通过本地平面波的不同相位设置,如?/2和?,可以从两次干涉、四个干涉图案中同时捕获接收OAM态的幅度分布和相位分布。论文首先从理论上分析从相长和相消干涉图案中同时捕获接收OAM态的幅度分布和相位分布,并通过仿真和实验验证了该方法的可行性。结果表明,该方法可以同时捕获单个OAM态和叠加OAM态的幅度分布和相位分布,且即使在大气湍流的环境中,该方法也可以同时捕获接收OAM态的幅度和相位分布,具有较强的鲁棒性。
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