利用q-板与螺旋相位板生成任意混合阶矢量涡旋光束

"Generation of arbitrary vector vortex beams on hybrid-order Poincaré sphere" 本文研究的主题是利用q-板和螺旋相位板在混合序庞加莱球面上生成任意矢量涡旋光束。这是一种理论上的创新提议，已经在实验中得到了验证。在光学领域，这种技术对于理解和操控光的极化状态具有重要意义。 首先，我们需要了解什么是矢量涡旋光束。矢量光束是一种具有非均匀偏振状态的光束，其中光场的电场矢量在空间上变化，可以分为两个正交分量，这两个分量可能有不同的偏振态。涡旋光束则是在光束中心携带一个或多个光子轨道角动量的特殊光束，其相位沿着光束的径向方向以螺旋形式变化，导致光束的波前形成一个螺旋形状。 混合序庞加莱球面是一个用来描述光的复极化状态的几何模型，它扩展了传统的庞加莱球，能够更好地描述包含多种偏振特性的光束。在这个球面上，每一点都对应着一种特定的复极化状态，包括线性、圆性和椭圆性偏振以及更复杂的结构。 作者提出的方法是将q-板与螺旋相位板结合使用来生成任意矢量涡旋光束。q-板是一种光学元件，它可以改变通过它的光束的偏振状态，其作用是将线性偏振光转换为椭圆偏振光，或者将一个椭圆偏振光转换为另一个椭圆偏振光，具体转换依赖于q-板的参数q。而螺旋相位板则会添加一个螺旋相位分布到光束中，从而产生涡旋光束。 实验结果显示，通过先通过q-板产生矢量光束，再通过螺旋相位板添加涡旋相位，可以成功生成所需的任意矢量涡旋光束，并且实验结果与理论预测相符。这种方法的一个显著优点是，q-板和螺旋相位板都可以在硅基底上制作，这为集成这两种结构提供了可能性，有助于实现更紧凑和高效的光束操控系统。 此外，这项工作不仅在基础科学研究上具有价值，如对光的极化特性和光与物质相互作用的研究，而且在实际应用中也有广泛前景，例如在量子通信、光学信息处理、精密测量和生物医学成像等领域。通过更精细地控制光束的偏振和涡旋特性，可以实现更高维度的信息编码，提高数据传输速率或增强检测的灵敏度。 这项研究提供了一种新的、灵活的工具，用于生成具有复杂偏振特性的光束，这对于推动光学科学和技术的发展具有重要意义。