The invention provides an orbital angular momentum generating device and method for polarization modulated orbital angular momentum, which includes a Gaussian light source module, a first orbital angular momentum modulation module, a second orbital angular momentum modulation module and a multiplexing module. When the device works, the Gaussian light source module generates arbitrarily polarized Gaussian beams and enters the multiplexing module, and the multiplexing module decomposes the Gaussian beams Two polarization components with horizontal polarization direction and vertical polarization direction are introduced into the first or second orbital angular momentum modulation module. The two components are polarization-independent orbital angular momentum modulation. After modulation, the two optical components are returned to the multiplexing module. The multiplexing module superimposes the two components and finally outputs the orbital angular momentum or superposition state. It has compact structure, low manufacturing cost, mature devices and technology, can generate orbital angular momentum states and superposition states with arbitrary topological charges at high speed, and the rate can reach MHz magnitude.
【技术实现步骤摘要】
一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置与方法
本专利技术涉及量子信息与光通信
，尤其是涉及一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置与方法。
技术介绍
量子密码是当前安全性可证明的信息技术，高码率远程传输是量子密码亟待解决的难题。科学家们发现利用多个自由度与不确定关系来对信号进行复用和调制可以扩大传输容量，提高密钥速率。其中轨道角动量(OAM)是除了偏振、相位和波长等自由度之外的又一种量子密码调制的重要自由度。具有轨道角动量(OAM，OrbitalAngularMomentum)的光束带有相位因子exp(ilθ)，携带了lh的轨道角动量，其中，θ是方位角，l为拓扑荷。理论上，拓扑荷值l可以取任意整数值，并且不同l值的OAM态之间正交，可以构建无限维度的希尔伯特空间。OAM的这些理论特性使其在量子信息、光通信、光学微操纵和生物医学等领域有着广泛的应用。目前，已有诸多产生轨道角动量光束的器件及方法，例如，螺旋相位板、空间光调制器、基于柱面透镜的模式变换器以及q-plate等。然而，这些器件都存在各自的局限性，比如：螺旋相位板只能实现单一模式的OAM；空间光调...
【技术保护点】
1.一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述装置包括高斯光源模块，第一轨道角动量调制模块，第二轨道角动量调制模块和复用模块；所述高斯光源模块包括泵浦光源和起偏器；所述泵浦光源用于产生高斯脉冲光；所述起偏器将高斯脉冲光束调制成所需要的偏振态；所述第一轨道角动量调制模块包括：第一延时器，第一四分之一波片，第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜，所述第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜依次连接形成第一往返光路；所述第二轨道角动量调制模块包括：第二延时器，第二四分之一波片，第二全息光栅开关，第二螺旋相位板和第二全反射镜，所述第二全息光栅开关，第...
【技术特征摘要】
1.一种偏振调制轨道角动量的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述装置包括高斯光源模块，第一轨道角动量调制模块，第二轨道角动量调制模块和复用模块；所述高斯光源模块包括泵浦光源和起偏器；所述泵浦光源用于产生高斯脉冲光；所述起偏器将高斯脉冲光束调制成所需要的偏振态；所述第一轨道角动量调制模块包括：第一延时器，第一四分之一波片，第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜，所述第一全息光栅开关，第一螺旋相位板和第一全反射镜依次连接形成第一往返光路；所述第二轨道角动量调制模块包括：第二延时器，第二四分之一波片，第二全息光栅开关，第二螺旋相位板和第二全反射镜，所述第二全息光栅开关，第二螺旋相位板和第二全反射镜依次连接形成第二往返光路；所述复用模块包括：第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、半波片以及合束器；所述高斯光脉冲进入第一或第二轨道角动量调制模块，然后经过第一或第二延时器，再经第一或第二四分之一波片对光束的偏振态进行第一次旋转，接着进入所述第一或第二往返光路，通过控制第一或第二全息光栅开关的开关时间，完成轨道角动量态的调制；调制好的光脉冲将沿原光路出射并进入所述复用模块的合束器，叠加生成轨道角动量态或叠加态。2.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二延时器用于弥补第一或第二轨道角动量调制模块中因循环往返调制造成的相对时差。3.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二四分之一波片接收入射光时，入射的线偏振光变为圆偏振光；所述圆偏振光经过第一或第二全反射镜反射回来再次经过该波片时，圆偏振光变为与入射时偏振态正交的线偏振光。4.根据权利要求1所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：所述第一或第二全息光栅开关在晶体内部生成布拉格光栅，通过布拉格光栅完成光的选择性反射。5.根据权利要求4所述的轨道角动量产生装置，其特征在于：当施加电压时...
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