一种基于光子轨道角动量的高精度波长计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光子轨道角动量的高精度波长计，通过该波长计的特殊光路结构可以将偏振和轨道角动量纠缠的量子态分开，从而实现携带两个极性相反的轨道角动量光子自我干涉，得到对波长很敏感的干涉花瓣图像，再对干涉花瓣图像的变化量进行分析，从而确定波长的变化量。上述方案鲁棒性强，容易集成，而且成本非常的低，同时，测量精度与分辨率也较高。

【技术实现步骤摘要】
201610141642

【技术保护点】
一种基于光子轨道角动量的高精度波长计，其特征在于，包括：激光器、两个半波片HWP、三个偏振分束器PBS、四个全反镜、两个聚焦透镜、四分之一波片QWP、涡旋光场产生片VPP、设置在温控系统内的非线性光学晶体KTP、CDD及图像分析器；其中：所述两个半波片HWP分别记为HWP1与HWP2，三个偏振分束器PBS分别记为PBS1、PBS2与PBS3，四个全反镜分别记为R1、R2、R3与R4，两个聚焦透镜分别记为L1与L2；所述激光器出射的相干光依次经过HWP、QWP、PBS1后射入全反镜R1中；所述全反镜R1将光束反射至PBS2后，一部分光经过PBS2透射后依次经过全反镜R4、VPP、全反镜R3与全反镜R2后回到PBS2中，再透射至聚焦透镜L1；另一部分光经过PBS2反射后依次经过全反镜R2、全反镜R3、VPP与全反镜R4后回到PBS2中，再反射至聚焦透镜L1；聚焦透镜L1聚焦后的光束再依次通过KTP、聚焦透镜L2、HWP2与PBS3后在CCD中成像，所述图像分析器从CCD中获取波长变动前后的两幅图像，并根据两幅图像的变化量计算波长变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子轨道角动量的高精度波长计，其特征在于，包括：激光器、两个半波片
HWP、三个偏振分束器PBS、四个全反镜、两个聚焦透镜、四分之一波片QWP、涡旋光场产生片
VPP、设置在温控系统内的非线性光学晶体KTP、CDD及图像分析器；其中：
所述两个半波片HWP分别记为HWP1与HWP2，三个偏振分束器PBS分别记为PBS1、PBS2与
PBS3，四个全反镜分别记为R1、R2、R3与R4，两个聚焦透镜分别记为L1与L2；
所述激光器出射的相干光依次经过HWP、QWP、PBS1后射入全反镜R1中；
所述全反镜R1将光束反射至PBS2后，一部分光经过PBS2透射后依次经过全反镜R4、
VPP、全反镜R3与全反镜R2后回到PBS2中，再透射至聚焦透镜L1；另一部分光经过PBS2反射
后依次经过全反镜R2、全反镜R3、VPP与全反镜R4后回到PBS2中，再反射至聚焦透镜L1；
聚焦透镜L1聚焦后的光束再依次通过KTP、聚焦透镜L2、HWP2与PBS3后在CCD中成像，所
述图像分析器从CCD中获取波长变动前后的两幅图像，并根据两幅图像的变化量计算波长
变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于光子轨道角动量的高精度波长计，其特征在于，
所述激光器出射的相干光依次经过HWP与QWP后聚焦在Sagnac干涉环的PBS1前，光束的
电场表示为：
其中，为水平偏振光|H〉的态系数；为垂直偏振光|V〉的态系数；为水平偏振光
子态和垂直偏振光子态之间的相位差，φp为相位差因子，一个周期中，φp＝0°时，光束为
45°线偏振光；时，光为圆偏振光；其余情况下为椭圆偏振光。
3.根据权利要求2所述的一种基于光子轨道角动量的高精度波长计，其特征在于，
设，光束经PBS2透射直至再次返回PBS2的路径方向为逆时针方向，光束经PBS2反射直
至再次返回PBS2的路径方向为顺时针方向；在逆时针方向时，PSB2到VPP的几何光程记为
LA；在顺时针方向时，PSB2到VPP的几何光程记为LB；顺时针方向和逆时针方向两个路径因散
射造成的光子丢失后剩余的光子数比例分别记为η2和ζ2；
光束经过PBS2顺时针方向与逆时针方向行径并返回至PBS2后，相位变为如下：
对于水平偏振光|H〉，光子态相位的变化情况为：
对于垂直偏振光|V〉，光子态相位的变化情况为：
按照量子力学态的叠加原理，则有：
其中，|+l〉与|-l...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世隆，史保森，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34