摘要
涡旋光束作为一种经典的相位型结构光场，具有螺旋形波前，暗中空的光强分布，并且携带有轨道角动量。由于涡旋光束在玻色-爱因斯坦凝聚、量子信息编码、粒子旋转与操纵及图像处理等领域具有重要的研究价值，因此成为了近年来非常重要的前沿研究热点。然而，单一的涡旋光束已无法满足相关应用的需求，由多涡旋光束叠加产生的复杂结构光场应运而生。在涡旋光束叠加时，产生破坏性干涉，通过涡旋光束的相关参数影响，可以形成丰富的光场结构。因此对多个涡旋光束叠加产生复合结构光场具有十分重要的意义。此外，针对复杂结构光场的模式检测研究还存在一定的滞后性。基于此，本论文主要针对涡旋光束的模态叠加与分解进行研究。主要内容及结论如下： 1、通过不同模式涡旋光场的叠加，开展复杂涡旋光场研究。该课题通过引入两个或两个以上相同模式/不同模式涡旋光束进行同轴/异轴叠加调控，提出了方向可控的椭圆光学涡旋阵列和杂阶光学涡旋晶格。通过多光束同轴叠加，确定了不同光束之间的调控关系，实现了多个涡旋光束相互作用，并针对复杂光场的光强分布、轨道角动量、能流分布、拓扑荷分布等进行了深入研究。此外，该课题还研究了涡旋光束与其他结构光场的叠加，产生了一种新型的艾里涡旋光束。该工作实现了艾里涡旋光束在多空间维度的自由调控。 2、开展复杂涡旋光场模态分解研究。复杂结构光场可以被认为是一些本征函数的叠加，即模式的叠加。本课题根据分块矩阵的计算原理提出了一种分列式达曼涡旋光栅。与传统模式分解方法相比，分列式达曼涡旋光栅设计原理简单，能够有效实现复杂光场的轨道角动量模式检测。同时可以实现轨道角动量模式并行检测。研究结果表明，该新型达曼涡旋光栅能够有效提升模式检测范围，特别是同轴多路轨道角动量光束，为大容量光学涡旋模式检测提供了研究基础。
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