[发明专利]一种实现光束轨道角动量态复用编码的方法和装置

权利要求书

1.一种实现光束轨道角动量态的复用编码的装置，包括激光器(1)、起偏器(2)、扩束器(3)、空间光调制器(4)、第一1/4波片(5)、傅立叶变换透镜(6)、偏振分光棱镜(7)、第二1/4波片(8)、第一波罗棱镜(9)、第三1/4波片(10)、第二波罗棱镜(11)和小孔光阑(12)，其特征在于：激光器(1)输出的高斯光束垂直入射依次透过起偏器(2)和扩束器(3)后，入射到空间光调制器(4)上并发生反射，其中空间光调制器(4)位于傅立叶变换透镜(6)前焦平面上，之后光束依次垂直透过第一1/4波片(5)和傅立叶变换透镜(6)，其中第一1/4波片(5)的快轴方向与起偏器(2)的起偏方向呈π/4的夹角放置；之后光束垂直入射到偏振分光棱镜(7)上，分解为光路平面内传输方向相互垂直的两个偏振光束分量，且两个偏振光束分量的偏振方向分别垂直和平行于光路平面，偏振方向垂直于光路平面的光束分量垂直入射透过第二1/4波片(8)后垂直入射到第一波罗棱镜(9)并被其全反射，反射光再次垂直入射透过第二1/4波片(8)后到达偏振分光棱镜(7)，偏振方向平行于光路平面的光束分量垂直入射透过第三1/4波片(10)后垂直入射到第二波罗棱镜(11)上并被其全反射，反射光再次垂直入射透过第三1/4波片(10)后到达偏振分光棱镜(7)，其中第二1/4波片(8)和第三1/4波片(10)快轴方向与光路平面成π/4夹角，第一波罗棱镜(9)和第二波罗棱镜(11)能够绕入射光光轴旋转，且保证旋转过程中直角棱始终与入射光光轴垂直；之后上述两个偏振光束分量在经过偏振分光棱镜(7)偏振合束后同轴叠加传输，到达位于傅立叶透镜(6)后焦平面上的小孔光阑(12)，可通过旋转第一波罗棱镜(9)和第二波罗棱镜(11)并结合调节小孔光阑(12)的小孔位置滤出所需的轨道角动量叠加态。

2.一种实现光束轨道角动量态的复用编码的方法，其特征在于：

①产生均匀分布在以入射光光轴为中心的圆周上的处于不同轨道角动量态的多束光束：从激光器(1)出射的高斯光束经过起偏器(2)后变换为线偏振光，再经扩束器(3)扩束后入射到空间光调制器(4)上，空间光调制器(4)置于傅立叶变换透镜(6)的前焦平面上，通过设计空间光调制器(4)上的调制函数并调整起偏器(2)的起偏方向使得入射光经空间光调制器(4)后实现所给定的相位调制或振幅调制，被调制后的光束经第一1/4波片(5)变换为圆偏振光，再传输经过傅立叶变换透镜(6)，在傅立叶变换透镜(6)的后焦平面上形成均匀分布在以入射光光轴为中心的圆周上的处于不同轨道角动量态的多束光束；

②将光束分解为两个能够自由旋转且偏振方向相互垂直的偏振光束分量，然后再将其叠加，得到所需要的轨道角动量叠加态：经过傅立叶变换透镜(6)的衍射光束经偏振分光棱镜(7)后分解为偏振方向垂直和平行于光路平面的两个偏振光束分量，其中偏振方向垂直于光路平面的光束分量通过第二1/4波片(8)由线偏振光变换为圆偏振光，之后入射到第一波罗棱镜(9)上并被其全反射，再次经过第二1/4波片(8)由圆偏振光变换为线偏振光，此时偏振方向相对旋转90°，该偏振光束分量的偏振方向平行于光路平面；偏振方向平行于光路平面的分量通过第三1/4波片(10)由线偏振光变换为圆偏振光，之后入射到第二波罗棱镜(11)上并被全反射，再次经过第三1/4波片(10)由圆偏振光变换为线偏振光，此时偏振方向也相对旋转90°，该偏振光束分量的偏振方向垂直于光路平面；上述两个偏振光束分量再次经过偏振分光棱镜(7)时合束，实现同轴叠加传输，此时可通过旋转第一波罗棱镜(9)和第二波罗棱镜(11)并结合调节小孔光阑(12)的小孔位置滤出所需的轨道角动量叠加态。