本文章介紹渦旋光束的特性，渦旋相位板的基本原理忆蚀。
渦旋光束的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)述
與平面波和高斯波不同馋袜，渦旋光束的特點(diǎn)是光束相位在光束傳播方向上程螺旋上升男旗，其相位分布在柱坐標(biāo)系中可表達(dá)為：
其中z沿光束傳播的方向，
和r分別為坐標(biāo)系的極徑和極角欣鳖，
稱為拓?fù)浜刹旎剩郎u光束的光場(chǎng)表達(dá)式為：
上兩式顯示光束在沿傳播方向上波前呈現(xiàn)螺旋狀，光束圍繞一個(gè)奇點(diǎn)環(huán)繞一周相位改變
如圖1中所示。
圖1：
=1(左)和
=2(右)的光束波前示意圖
渦旋光束會(huì)在其相位奇點(diǎn)處有暗點(diǎn)什荣，光束能量分布呈現(xiàn)甜甜圈形狀矾缓，這種旋渦光束增加了軌道角動(dòng)量，且隨著拓?fù)浜?img src="/ueditor/image/20220805/1659669743788971.png" title="1659669743788971.png" />的增大而增大稻爬，而且拓?fù)浜?img src="/ueditor/image/20220805/1659669752951856.png" title="1659669752951856.png" />越大嗜闻，光束能量的環(huán)形分布就越強(qiáng)卻大，如圖2中所示桅锄。
圖2：不同拓?fù)浜?/span>
的渦旋光束光斑示意圖(a~E的
分別為1琉雳、4、6友瘤、12翠肘、13)
通常生成旋渦光束的方法有：螺旋相位板法、空間光調(diào)制法辫秧、幾何模式轉(zhuǎn)換法束倍、全息圖法等，一下對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹盟戏。
螺旋相位板法：使光束通過(guò)具有螺旋相位分布的螺旋相位板肌幽，使其被賦予螺旋相位分布，依此方法生成渦旋光束抓半；但因制作工藝的限制實(shí)際中使用的螺旋相位板的相位變化多為階梯型，即階梯螺旋相位板而非平滑格嘁，如圖3和圖4所示笛求。
圖3：階梯螺旋相位板的相位分布示意圖
圖4：理想相位分布和階梯相位分布的螺旋相位板相位分布示意圖
螺旋相位板的原理是改變通過(guò)其光的光程，并使其上的光程改變量呈螺旋分布糕簿，即可使光通過(guò)后相位螺旋分布而產(chǎn)生渦旋光束探入，如圖5所示。
圖5：螺旋相位板生成渦旋光束示意圖
空間光調(diào)制法：該方法是通過(guò)空間光調(diào)制器的液晶面控制反射光的相位分布懂诗，通過(guò)計(jì)算機(jī)向空間光調(diào)制器輸入一個(gè)螺旋相位分布的全息圖蜂嗽，形成具有螺旋相位分布的全息光柵，光束經(jīng)過(guò)該面反射后即可生成渦旋光束殃恒。該方法與螺旋相位板法原理非常相似植旧，只是實(shí)現(xiàn)方法不同，螺旋相位板的通過(guò)透射光程變化實(shí)現(xiàn)离唐，空間光調(diào)制器是通過(guò)液晶反射控制相位病附，但都使光束被賦予螺旋相位。全息圖法也與前兩種相似亥鬓，只是通過(guò)全息片使光束被賦予螺旋相位產(chǎn)生渦旋光束完沪。
利用螺旋相位板法產(chǎn)生渦旋光束能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率轉(zhuǎn)換，并且能夠克服空間光調(diào)制器的缺點(diǎn)對(duì)高功率的激光束進(jìn)行轉(zhuǎn)換嵌戈。但一個(gè)螺旋相位板只能產(chǎn)生一個(gè)固定的拓?fù)浜傻臏u旋光束覆积，而空間光調(diào)制器則更靈活听皿，可根據(jù)需求調(diào)整。此外宽档，加工技術(shù)上高質(zhì)量的螺旋相位板加工困難尉姨，成本較高，但在應(yīng)用中更為緊湊方便雌贱。
相關(guān)文獻(xiàn)：
[1]陳志婷. 渦旋光束的特性研究. Diss. 燕山大學(xué), 2013.
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