空間光調製器在渦旋光（OAM）方向的新應用

渦旋光場由於具有軌道角動量，在量子資訊編碼，粒子旋轉與控制，超分辨顯微以及光鑷領域都有巨大的研究價值。也是近年來廣大科研工作者研究的一個重要方向。

在渦旋光場的研究中，光學渦旋陣列是一個重要研究方向，其在多微粒操控、高容量量子通訊等領域具有優勢。目前，產生渦旋陣列的方法主要有三種：1、利用特殊微結構材料產生；2、利用達曼光柵的不同衍射級產生；3、利用多光束干涉產生。

這三種方法中，多光束干涉產生方法原理簡潔，得到了較為廣泛的研究。若採用渦旋光束作為疊加光束，該技術可簡化為雙光束干涉，並且能產生一種特殊的“摩天輪”式環形渦旋陣列，形成具有前沿應用價值的均勻環形光陷阱，如應用於原子捕獲、量子兼併氣體及莫特絕緣體轉變等方面。然而，該技術需要兩束特定拓撲荷值的渦旋光束干涉，一旦選定，其空間結構幾乎不能調控；此外，其干涉光路結構較為複雜、光路調整難度較大。

河南科技大學李新忠教授課題組基於完美光學渦旋中的可控模式轉換技術結合傅立葉變換相移技術，發展了一種單光路干涉環形渦旋陣列產生技術。下面做簡單介紹：

實驗光路：

實驗主要器材：SLM（Holoeye，PLUTO-VIS-016，像元大小8um，解析度1920*1080）laser（Laserwave Co，LWGL532）CCD（Basler acA1600-60gc，像元大小4。5um）

相位掩模製作：

實驗過程：首先使用532nm，50mw的鐳射透過準直擴束後到達SLM上，然後光束反射回來經過透鏡進行傅立葉變換得到EPOV光束並被CCD記錄下來。由於光在透過擴束和光圈之後鐳射束變成近似平頂光束，並不滿足橢圓高斯，為此引入橢圓孔徑並與相位掩模相乘以獲得近似橢圓形的平頂光束。

實驗結果：

由比例因子m 調製的EPOV模式變換。

不同TC的EPOV強度模式

上圖中EPOV與之共軛光束之間的干涉圖案驗證是否存在渦旋

透過調整軸錐角來固定EPOV的軸調

不同間隙位置的分數階EPOV模式

結論：POV模式可以透過座標變換方法自由轉換為圓形到橢圓形。 透過調整縮放參數m，橢圓強度環會沿一個方向拉伸/擠壓。 透過調製軸稜錐的錐角，可以沿另一個方向調整橢圓。 此外，獲得了分數EPOV（半階）的通用模式； 可以控制間隙的數量和位置。 在模式轉換期間，觀察到的模式模式始終保持較高的模式純度。 對於特殊的分數EPOV，證明其TC在模式轉換期間保持恆定，該技術可以提供多種POV模式。

參考文獻：

Xinzhong L I ， Haixiang Ma ， C huanlei Yin ， Jie Tang ， Hehe L I ，Miaomiao Tang ， Jingge Wang Yuping Tai ， Xiufang Li， and Yishan Wang。 Controllable mode transformation in perfect

optical vortices Vol。 26， No。 2 /22 Jan 2018（651-662）

部分引自中國鐳射