利用衍射技术检测平顶光学涡旋的拓扑荷数

"这篇论文探讨了一种利用衍射方法来确定平顶光学涡旋拓扑荷数的技术，通过中心对称的正方形振幅光栅对不同拓扑荷数的平顶涡旋光束进行衍射分析。研究发现，经过这种光栅后的远场光强分布呈现为亮斑阵列，且通过调整空间频率，可以得到清晰的衍射图样来识别不同的拓扑荷数。尤其当拓扑荷数大于等于2时，衍射图案外围的亮斑数量是入射涡旋光束拓扑荷数的两倍。这种方法为光学涡旋的拓扑荷数测量提供了一种简便的途径，具有重要的实验应用价值。" 光学涡旋光束是一种特殊的光束，其内部包含螺旋相位结构，导致光束中心形成一个零强度的暗点，这个暗点周围的光场则呈现出螺旋状的相位分布，这一特性使得光束携带了拓扑荷数，也称为轨道角动量。拓扑荷数是描述光束相位旋转特性的参数，它决定了光束中心的暗点周围螺旋的圈数，从而影响光束的传播特性。 在本研究中，作者韩珑、徐建波、宋晓芳和张凯采用了一种中心对称的正方形振幅光栅作为衍射工具。正方形光栅是由一系列周期性排列的透明和不透明区域组成，可以对入射光进行调制，改变其传播路径。通过计算不同拓扑荷数的平顶涡旋光束经过不同空间频率的正方形振幅光栅后的夫琅和费衍射光场，他们发现光束的衍射模式与拓扑荷数密切相关。 夫琅和费衍射是光学中的基本现象，当光束通过或照射到具有周期性结构的物体（如光栅）时，光束会在空间的不同位置形成干涉图案，这就是衍射。在本文的实验设置中，通过调整光栅的空间频率，可以控制衍射图案的特征，从而揭示出入射光束的拓扑荷数信息。 特别地，当拓扑荷数大于等于2时，衍射光强图样的外围出现的亮斑数量是入射涡旋光束拓扑荷数的两倍，这是一个关键的识别标志。这一发现为实验上便捷地检测和测量光学涡旋的拓扑荷数提供了新的思路，对于光学通信、量子信息处理以及精密光学测量等领域具有潜在的应用价值。 总结来说，这篇论文详细研究了如何利用衍射效应来确定平顶光学涡旋的拓扑荷数，这种方法基于正方形振幅光栅和夫琅和费衍射理论，能够通过观察衍射图案的特征来准确识别不同拓扑荷数的光束，对于光学领域的研究和实际应用具有重要意义。