引用本文：
杨焓，王润兵，邢浩儒，等. 基于相位全息法的高阶和分数阶涡旋光产生方法及性能研究[J]. 光通信技术，2023，47（6）：53-56.
杨 焓，王润兵，邢浩儒，杨启航，李 盼，许 飞，祁义红*
（华东理工大学 物理学院， 上海200237）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法，利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图，搭建了相位全息法产生涡旋光的光路，研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点。实验结果表明：当产生轨道角动量拓扑荷数l=1~200整数阶的涡旋光时，涡旋光束图的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大，超过一定数值范围后，受限于仪器参数的涡旋光质量会降低；当产生l=8.1、8.4、8.8分数阶的涡旋光时，涡旋光相位出现分数分布，径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化。
关键词：涡旋光束；轨道角动量；相位全息图；螺旋相位；空间光调制器
中图分类号：O43；TN929 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2023）06-0053-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2023.06.011
0 引言
近年来，光学涡旋相关研究快速发展，在空间光通信、光信息处理、微粒操控、量子信息处理等多领域均发挥重要作用[1-7]。涡旋光束的轨道角动量（OAM）可用来编码数字信号，实现OAM编码，将N个OAM态表示为一个N进制数，使一次编码具有log2N的比特信息量。由于OAM态具有多样的取值，因此编码效率得到了显著提高[8]。
目前，比较成熟的涡旋光产生方法主要有：腔内选模法、腔外转换法（包括叉形光栅法、螺旋相位板法、相位全息法等）[1]。由于腔内选模法存在仪器昂贵、操作繁琐、涡旋光阶次不可调等缺点，因此，涡旋光的产生多采用腔外转换法[9-18]。
腔外转换法中的相位全息法产生的涡旋光衍射效率高，简单方便，成本低，其阶次可通过空间光调制器及相位全息图灵活调节。因此，本文在透射式空间光调制器（SLM）上加载相位全息图（下文简称相位图），以实现对入射的基模高斯光束的空间调制，从而产生具有相应OAM的涡旋光。
4 结束语
本文主要采用相位全息法研究了整数阶和分数阶涡旋光的产生方法，分别研究了l为1、3、5、7、9、10、20、30、40、50、60、150、200整数阶的涡旋光，l为8.1、8.4、8.8时分数阶的涡旋光。研究结果表明：整数阶涡旋光的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大；分数阶涡旋光的相位出现分数分布，径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化。本文的研究结果可为高阶和分数阶涡旋光的研究和应用提供一定的参考。