摘要
涡旋光束作为一种新型光束，自发现以来便吸引了众多学者对其相关特性的研究。涡旋光束拥有螺旋型的相位波前，带有相位因子eilφ的光束中每光子具有的轨道角动量为l(h)，其中l为拓扑荷数，(h)为约化普朗克常数。在理论上，涡旋光束具有无穷多个轨道角动量本征态且彼此之间相互正交，这种特性使其在轨道角动量编码调制的应用中具有特殊的优越性。在对于涡旋光束进行螺旋谐波展开之后，即可获得对于涡旋光束应用极其重要的轨道角动量谱，这些特点使得它被广泛地应用于光通信、光学操纵、量子信息处理等领域。 本文重点对于涡旋光束的轨道角动量谱进行了研究。在利用自参考干涉法的基础上对于光场重建，进而测量光束的轨道角动量谱，以及在光束传播过程中失准情况下的轨道角动量谱展宽现象与校准研究。主要研究的内容如下： 1.对于涡旋光束及轨道角动量谱的基础理论及测量方法进行研究与说明，并将近年来轨道角动量谱测量与校准的国内外发展现状进行总结与归纳。 2.提出一种自参考干涉法重建光场的方案，进而测得光束的轨道角动量谱。该方法区别于其余用来测量轨道角动量谱的干涉法，无需引入其余外部参考光，可利用光束本身自干涉来重建光束相位。通过对于干涉图样的运算，可以得到初始入射光束的光场分布。最后利用螺旋谐波展开得到该光束的轨道角动量谱。仿真分析得到的谱测量结果与准确值误差较好，证明了该方案恢复光场分布效果较好，可以用来测量含复杂涡旋光束的轨道角动量谱。 3.对于光传输过程中的失准情况对于轨道角动量谱的影响做了仿真分析。当接收光轴发生横向位移或角向偏移时，光束的轨道角动量谱会发生弥散现象，影响信息传输系统的质量。仿真分析了单模涡旋光束在不同横向偏移与角向倾斜情况下接收端轨道角动量谱的展宽现象，探究了在不同传输距离下轨道角动量谱与偏移元素的变化关系，并运用校准方法寻找方差的最小值，从而对于光轴进行校准。最后研究了大气湍流扰动对于光束轨道角动量谱的影响。
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