[发明专利]光子自旋-轨道角动量联合模式的测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种光子自旋-轨道角动量联合模式的测量方法，其特征在于：所述的该方法包括以下步骤：

S1：将待测的带有自旋-轨道角动量的光场垂直输入到至(x,y)平面，且光场中心与该平面中心对准；假设光子自旋角动量其中σ＝±1，其与光场的偏振态密切相关，σ＝1为左旋圆偏振态，σ＝-1为右旋圆偏振态；光子轨道角动量其中l＝0,±1,±2,±3...与光场的螺旋波前相联系；设输入光场的波前相位可表示为exp(ilθ)；其中l为拓扑荷数即轨道角动量模式；θ为方位角；i为虚数单位；

S2：对带有螺旋波前的左旋圆偏振态入射光引入相位调制Q_L(x,y)，对带有螺旋波前的右旋圆偏振入射光引入相位调制Q_R(x,y)；带有不同自旋角动量的光场沿着螺旋线展开并被分离到(u,v)平面上不同位置；

S3：对带有螺旋波前的左旋圆偏振入射光引入补偿相位P_L(x,y)，对带有螺旋波前的右旋圆偏振入射光引入补偿相位P_R(x,y)，使得输入光场的波前相位exp(ilθ)变换为横向线性相位其中，β为尺度缩放因子；

S4：将经过(u,v)平面的光场汇聚在(m,n)平面不同位置，该过程满足光学傅里叶变换，自旋和轨道角动量模式对应的空间位置(m,n)可表示为：

式中，Δm表示入射的不同自旋角动量光场在(m,n)平面沿着m轴相反方向的偏移量，λ为输入光场的波长，f为输出凸透镜的焦距；

S5：检测(m,n)平面的光强分布，从而测量输入光场的自旋-轨道角动量联合模式，或解调输入光场的自旋-轨道角动量联合模式。

2.根据权利要求1所述的光子自旋-轨道角动量联合模式的测量方法，其特征在于：在步骤S2之后，步骤S3之前，还需要对不同自旋角动量模式引入相同相位Q_np(x,y)，其中Q_np(x,y)满足：

其中，d表示凸透镜的焦距。

3.根据权利要求2所述的光子自旋-轨道角动量联合模式的测量方法，其特征在于：在步骤S2中，所述的Q_L(x,y),Q_R(x,y)满足：

式中，k表示入射光场在相位调制之后、补偿相位之前的传播波数；d表示凸透镜的焦距；a、r₀均为对数螺旋变换的相关参数，即r₀表示映射到(u,v)平面的原点对应(x,y)平面的位置信息，a表示对数螺旋线的变化快慢程度，当a＝0时，表示对数螺旋变换退化为对极坐标变换；Δu为入射的不同自旋角动量光场在(u,v)测量平面沿着u轴相反方向的偏移量；r,θ为螺旋极坐标(r,θ)的自变量，可表示为：

其中表示取整数部分，θ的取值范围是(-∞,+∞)。

4.根据权利要求3所述的光子自旋-轨道角动量联合模式的测量方法，其特征在于：在步骤S3中，所述的P_L(x,y),P_R(x,y)满足：

式中，f表示输出凸透镜的焦距；Δm为入射的不同自旋角动量光场在最终(m,n)测量平面沿着m轴相反方向的偏移量。