胡润， 吴逢铁， 杨艳飞

(1. 华侨大学 信息科学与工程学院， 福建 厦门 361021;2. 华侨大学 福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021)

采用轴棱锥检测涡旋光束拓扑电荷数的方法

胡润1,2， 吴逢铁1,2， 杨艳飞1,2

(1. 华侨大学 信息科学与工程学院， 福建 厦门 361021;2. 华侨大学 福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021)

基于基尔霍夫衍射积分理论，分别推导涡旋光斜入射轴棱锥与凸透镜后的衍射光场表达式.提出一种利用轴棱锥检测光束拓扑电荷数信息的简单可行方案，并将此方案与凸透镜聚焦斜入射涡旋光方案进行对比.研究结果表明：应用轴棱锥聚焦斜入射涡旋光检测拓扑电荷数信息的方式无需对检测点进行严格定标，实际检测工作中该方案更具备灵活性，适用性也更为广泛.通过对设计实验进行验证，实验与理论基本吻合.

衍射积分理论； 涡旋光； 轴棱锥； 拓扑电荷数

Abstract： Based on Kirchhoff diffraction integral theory， the expressions of diffraction field after the axicon and convex lens that illuminated by an oblique vortex beam are derived. A simple and feasible method for detecting topological charge number by using an axicon is proposed. We compare this method with that of using convex lens， results show that there is no need to fix detection point strictly by using an axicon. In practice， this method shows more flexibility and applicability. Experiments are designed to verify the researches. Experimental results are in good agreement with theoretical predictions and numerical simulation.

Keywords： diffraction integral theory； vortex beam； axicon； topological charge number

涡旋光是一种具有螺旋波前且中心光强为零的空心光束,在光学测量[1-2]、量子信息编码[3]、粒子旋转与操纵[4]、图像处理等领域[5-6]具有非常重要的应用价值，一直是研究的热门课题.目前产生涡旋光的方法,主要有计算全息法、空间光调制器法、螺旋相位板法,以及几何光学模式转换法等.相应的对于涡旋光拓扑电荷数的测量方法也大致可分为：Mach-Zehnder干涉法[7]、计算全息图法[8]、涡旋光与平面波干涉法、杨氏双缝干涉法[9]等.2013年,Vaity等[10]提出利用凸透镜聚焦斜入射涡旋光的方式对涡旋光拓扑电荷数进行……