【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学信号检测，具体而言，涉及一种涡旋光束的模式检测装置以及方法。
技术介绍
1、光是一种电磁波，不仅携带能量信息，同时也携带着角动量信息。其中，角动量包括由偏振性决定的自旋角动量(spin angular momentum，sam)和由光场空间分布决定的轨道角动量(orbital angular momentum，oam)。
2、涡旋光束是指具有涡旋特性的光束，即具有环形光强分布，螺旋型波前结构的光束，除了具有自旋角动量还额外具有轨道角动量。
3、现有的涡旋光束检测装置包括对涡旋光束的sam信息进行检测的装置以及对涡旋光束的oam信息进行检测的装置，但是，均无法同时实现对涡旋光束的sam信息和oam信息的准确检测。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种涡旋光束的模式检测装置以及方法，用以解决现有的涡旋光束检测装置无法同时实现对涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的检测的技术问题。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种涡旋光束的模式检测装置，该涡旋光束的模式检测装置，包括：角透镜和成像单元；
3、所述角透镜包括衬底和设置于衬底表面的超构表面单元；其中，所述超构表面单元在所述衬底表面沿着基于阿基米德螺旋线所确定的螺旋环进行排布；
4、所述角透镜配置为对经过所述角透镜的涡旋光束进行调制，以获得调制后的光场信号；
5、所述成像单元配置为对所述调制后的光场信号进行成像，以获得调制图像；
6、在上述的实现过程中，该涡旋光束的模式检测装置包括角透镜和成像单元；由于角透镜包括衬底和设置于衬底表面的超构表面单元，并且超构表面单元在所述衬底表面沿着基于阿基米德螺旋线所确定的螺旋环进行排布，通过角透镜对经过的涡旋光束进行调制，可以将涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息在焦面上沿着螺旋线进行编码和调制，并在成像单元上成像；进而通过成像单元获取包括涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的调制图像，同时实现了对涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的检测，解决了现有的涡旋光束检测装置无法同时实现对涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的检测的技术问题。
7、此外，本申请所提供的这种涡旋光束的模式检测装置的整体结构更加简单，且稳定性好，符合设备趋于小型化和轻量化的发展方向。
8、可选地，在本申请实施例中，所述装置还包括：聚焦单元；所述聚焦单元设置在所述角透镜和所述成像单元之间；所述聚焦单元配置为将所述调制后的光场信号中的光斑聚焦到所述成像单元上；其中，所述光斑的位置表征所述涡旋光束的模式信息。
9、在上述的实现过程中，通过设置在角透镜和成像单元之间的聚焦单元，将经过角透镜调制后的光场信号中的“携带有涡旋光束的模式信息(包括自旋角动量信息和轨道角动量信息)的光斑”聚焦到成像单元上，以更加准确地根据光斑的位置确定涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息，进而提高了基于该涡旋光束的模式检测装置所确定的涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的准确性。
10、可选地，在本申请实施例中，所述超构表面单元包括多个周期排列在衬底表面的纳米柱；其中，所述纳米柱的截面参数基于所述衬底表面的传输相位分布以及所述超构表面单元在所述衬底表面的位置参数确定；所述纳米柱相对于所述衬底的旋转角度基于所述衬底表面的几何相位分布以及所述超构表面单元在所述衬底表面的位置参数确定。
11、在上述的实现过程中，基于衬底表面的传输相位分布、几何相位分布以及超构表面单元在衬底表面的位置参数，确定纳米柱的截面参数以及纳米柱相对于衬底的旋转角度，可以保证超构表面单元具有较高的偏振转化效率，进而提高了该涡旋光束的模式检测装置对涡旋光束模式信息的检测灵敏度，扩大了该涡旋光束的模式检测装置对涡旋光束的轨道角动量信息的可检测阶数。
12、可选地，在本申请实施例中，所述纳米柱为长方体纳米柱或者椭圆柱体纳米柱；其中，所述长方体纳米柱的截面参数包括所述长方体纳米柱的截面长度和截面宽度；所述椭圆柱体纳米柱的截面参数包括所述椭圆柱体纳米柱的截面长轴和截面短轴。
13、在上述的实现过程中，纳米柱可以由长方体纳米柱或者椭圆柱体纳米柱实现。
14、可选地，在本申请实施例中，所述衬底表面的所述传输相位分布以及所述几何相位分布根据两束旋向相反的圆偏振光束入射到角透镜上的相位分布确定。
15、在上述的实现过程中，基于两束旋向相反的圆偏振光束入射到角透镜上的相位分布，可以简单准确地获取到角透镜的衬底表面的传输相位分布以及所述几何相位分布；进而基于衬底表面的传输相位分布、几何相位分布以及超构表面单元在衬底表面的位置参数，更加准确地确定出纳米柱的截面参数以及纳米柱相对于衬底的旋转角度，进一步提高了超构表面单元的偏振转化效率，提高了该涡旋光束的模式检测装置对涡旋光束模式信息的检测灵敏度。
16、可选地，在本申请实施例中，所述装置还包括：调制光场接收单元；所述调制光场接收单元配置为收集经过所述角透镜调制后的光场信号，并滤除所述光场信号中的共极化分量。
17、在上述的实现过程中，该涡旋光束的模式检测装置还包括调制光场接收单元，基于调制光场接收单元可以滤除光场信号中的共极化分量，避免光场信号中的共极化分量对“携带有涡旋光束的模式信息(包括自旋角动量信息和轨道角动量信息)的光斑”造成影响，保证了所检测到的涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的准确性。
18、可选地，在本申请实施例中，所述调制光场接收单元包括：第一物镜、第一四分之一波片以及第一线偏振片；所述第一物镜配置为收集经过所述角透镜调制后的光场信号；所述第一四分之一波片以及第一线偏振片配置为滤除所述光场信号中的共极化分量。
19、可选地，在本申请实施例中，所述第一物镜的放大倍数根据所述角透镜的尺寸确定。
20、在上述的实现过程中，根据角透镜的尺寸所确定的第一物镜的放大倍数，可以保证入射光(涡旋光束)可以尽可能全面地覆盖角透镜上的超构表面单元，提高了所检测到的涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的准确性。
21、可选地，在本申请实施例中，所述装置还包括：涡旋光束发生单元；所述涡旋光束发生单元配置为产生携带有自旋角动量信息和轨道角动量信息的所述涡旋光束；其中，所述涡旋光束发生单元包括：激光器、半波片、偏振分光棱镜、空间光调制器、第二四分之一波片和第二物镜；或者，激光器、半波片、分束镜、空间光调制器、第二线偏振片、第二四分之一波片和第二物镜。
22、在上述的实现过程中，由于该涡旋光束的模式检测装置还包括涡旋光束发生单元，基于该涡旋光束的模式检测装置可以产生指定模式信息的涡旋光束。
23、可选地，在本申请实施例中，所述角透镜配置为将所述涡旋光束的自旋角动量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涡旋光束的模式检测装置，其特征在于，所述装置包括：角透镜和成像单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：聚焦单元；所述聚焦单元设置在所述角透镜和所述成像单元之间；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超构表面单元包括多个周期排列在衬底表面的纳米柱；
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述纳米柱为长方体纳米柱或者椭圆柱体纳米柱；
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中，所述衬底表面的所述传输相位分布以及所述几何相位分布根据两束旋向相反的圆偏振光束入射到角透镜上的相位分布确定。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：调制光场接收单元；
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调制光场接收单元包括：第一物镜、第一四分之一波片以及第一线偏振片；
8.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：涡旋光束发生单元；所述涡旋光束发生单元配置为产生携带有自旋角动量信息和轨道角动量信息的所述涡旋光束；>
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述角透镜配置为将所述涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息在焦面上沿着所述阿基米德螺旋线进行编码和调制，以获得调制后的光场信号。
10.一种涡旋光束的模式检测方法，其特征在于，所述方法包括：基于如上述权利要求1-9任一所述的涡旋光束的模式检测装置实现对目标涡旋光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息的同时检测。
...【技术特征摘要】
1.一种涡旋光束的模式检测装置，其特征在于，所述装置包括：角透镜和成像单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：聚焦单元；所述聚焦单元设置在所述角透镜和所述成像单元之间；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超构表面单元包括多个周期排列在衬底表面的纳米柱；
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述纳米柱为长方体纳米柱或者椭圆柱体纳米柱；
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中，所述衬底表面的所述传输相位分布以及所述几何相位分布根据两束旋向相反的圆偏振光束入射到角透镜上的相位分布确定。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：调制光场接收单元；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，郭迎辉，陈聪，李晓银，蒲明博，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。