[发明专利]一种基于非线性介质中的涡旋光拓扑荷数检测装置

说明书

本发明公开了一种基于非线性介质中的涡旋光拓扑荷数检测装置，包括第一偏振光产生单元、第一分束镜、涡旋光产生单元、第二偏振光产生单元、铷泡和图像采集模块，其中，第一偏振光产生单元用于产生第一偏振光；第一分束镜用于对第一偏振光进行分束，产生第一路偏振光和第二路偏振光；涡旋光产生单元用于对第二路偏振光加载轨道角动量相位信息产生携带轨道角动量信息的涡旋光，并使涡旋光入射至铷泡；第二偏振光产生单元用于产生第三路偏振光，第三路偏振光与第一路偏振光同轴入射至铷泡中；铷泡上设置有磁场。本发明能够通过磁场作用下涡旋光束在铷原子蒸汽中的旋转及分裂效应实现轨道角动量的精确检测。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于非线性介质中的涡旋光拓扑荷数检测装置。

背景技术

目前，轨道角动量光束及其应用是国内外研究的热点。1992年，荷兰物理学家L.Allen等人理论证明了光子不但在其横截面内具有角向位相分布形式，而且每个光子携带大小为(l称为拓扑荷数)的轨道角动量(OAM)。OAM值与拓扑荷数成正比，理论上拓扑荷值可取到无穷多个，并且具有不同拓扑荷数的光束具有正交性，因此涡旋光束在增大通信系统容量、安全保密性上具有很大的应用价值。

涡旋光束特殊的空间结构和高维特性，使其在增加通信容量、提高通信安全性、精确光测量等方面都有广泛应用。随着对涡旋光束研究的深入，对其拓扑荷数的检测研究在各个应用领域有着重要的意义。

光与物质相互作用过程称之为原子相干，利用原子相干会产生很多有趣的物理过程，比如相干布居囚禁、电磁诱导透明(EIT)等物理现象。正是因为原子介质其良好的量子相干性，使得光与原子相互作用的这种优越性无可替代，并且成为量子信息领域的研究热点。在非线性介质中研究涡旋光拓扑荷数的检测对光存储、光信息以及非线性光学领域有着重要的应用价值。

目前检测拓扑荷数的方法主要利用光的干涉和衍射原理，采用的装置主要有透镜组合、光栅、光阑、棱镜等光学元器件。例如，2010年Hickmann等人利用三角空衍射图样检测拓扑荷数，2019年柯熙政团队提出利用光栅检测拓扑荷数。这些方法主要在自由空间中实现，但目前的检测装置普遍存在结构较为繁琐且灵活度不高的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于非线性介质中的涡旋光拓扑荷数检测装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于非线性介质中的涡旋光拓扑荷数检测装置，包括第一偏振光产生单元、第一分束镜、涡旋光产生单元、第二偏振光产生单元、铷泡以及图像采集模块，其中，

所述第一偏振光产生单元用于产生第一偏振光；

所述第一分束镜用于对所述第一偏振光进行分束，产生经反射的第一路偏振光和经透射的第二路偏振光，所述第一路偏振光入射至所述铷泡，所述第二路偏振光入射至所述涡旋光产生单元；

所述涡旋光产生单元用于对所述第二路偏振光加载轨道角动量相位信息产生携带轨道角动量信息的涡旋光，并入射至所述铷泡；

所述第二偏振光产生单元用于产生第三路偏振光，所述第三路偏振光与所述第一路偏振光同轴入射至所述铷泡中，所述第三路偏振光与所述第一路偏振光能够形成能级共振以产生电磁诱导感应透明窗口；

所述铷泡上设置有垂直于光轴方向的磁场，能够通过控制磁场强度调节所形成的光斑图像的旋转角度；

所述图像采集模块用于采集经所述铷泡产生的具有不同旋转角度的光斑图像。

在本发明的一个实施例中，所述第一偏振光产生单元包括沿光路依次设置的第一半导体激光器、第一光学隔离器、第一1/2玻片、第一1/4玻片和第一反射镜，其中，

所述第一半导体激光器用于发射波长为795nm的激光；