一种测量光束轨道角动量谱的方法与装置

摘要

本发明是一种实现光束轨道角动量谱测量的方法，属于激光应用技术领域。本发明由待测光源、两个偏振分光棱镜、1/2波片、两个平行平晶、两片1/4波片、全反射镜、直角棱镜、Porro棱镜、π/2相位延迟片和功率探测器组成。本发明采用两个平行平晶和直角棱镜实现光束的分束和合束，保证分束光良好平行性和合束光良好同轴性，并实现两束光完全相同的光程和衰减。本发明采用偏振分光棱镜、全反射镜、Porro棱镜和两个1/4波片实现分束分束得到的两束光的同轴旋转，进而实现光束与其旋转镜像的同轴叠加。通过测量合束光的功率随着Porro棱镜的旋转关系可以分析出入射光束的轨道角动量谱。本发明在激光信息处理领域有应用价值。

主权项

一种测量光束轨道角动量谱的方法，其特征在于：①产生两束平行光束并实现这两束光的同轴叠加具体步骤为：从待测光源(1)输出的光束经过第一偏振分光棱镜(2)和1/2波片(3)后变换成偏振方向垂直于参考平面的光束，此光束经过第一平行平晶(4)的前后表面的反射形成两束平行光，经过直角棱镜(10)的反射后这两束光沿着相反的方向同轴传输，再经过与第二平行平晶(12)的前后表面的反射合束，实现这两束光的同轴叠加；②实现两束光向相反的方向同轴旋转具体步骤为：经过第一平行平晶(4)的前后表面反射的两束光中的一束直接照射到第二偏振分光棱镜(5)，由于其偏振方向垂直于参考平面则被反射后再经第一1/4波片(6)入射到Porro棱镜(7)上，另一束经直角棱镜反射后也因相同的原因被第二偏振分光棱镜(5)反射到全反射镜(9)上，由于第二1/4波片(8)的作用再次入射到第二偏振分光棱镜(5)上，由于偏振方向变成平行于参考平面而透射入第二偏振分光棱镜(5)并照射到Porro棱镜(7)上，照射到Porro棱镜(7)上的两束光同轴但是互为反转镜像，Porro棱镜(7)的旋转将使得这两个反转镜像光束向相同方向旋转，在经过第二平行平晶(12)合束后这两束光为同轴但互为镜像，Porro棱镜(7)对反转镜像的同向旋转将会导致互为镜像的光束的反向旋转，便实现了两束光向相反的方向同轴旋转；③数据处理得到轨道角动量谱具体步骤为：分别改变相位延迟片(11)产生的相位延迟为0、π/2、π和3π/2，旋转Porro棱镜(7)，并通过功率探测器测量合束光的功率，得到测得的功率和Porro棱镜的旋转角度的4倍值θ之间的关系P0(θ)、Pπ/2(θ)、Pπ(θ)和P3π/2(θ)，然后经过计算得到函数M(θ)＝(P0(θ)-Pπ/2(θ))+i(Pπ(θ)-P3π/2(θ))，就函数M(θ)对变量θ作傅立叶变换再归一化即可得到光束的轨道角动量谱。