陈天宇 王长顺 潘雨佳 孙丽丽

(上海交通大学物理与天文学院, 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240)

利用全息技术在偶氮聚合物薄膜中记录了拓扑荷数q = –1, 1, 2, 4 的涡旋光场, 并将记录的原始叉形光栅与计算全息光栅进行对比, 对不同拓扑荷数涡旋光的记录速率和偶氮材料的可重复擦写性能进行了测试;记录完成后, 将复现涡旋光与高斯光束干涉, 并与原始涡旋光和原始叉形光栅对比, 分析了记录质量.实验结果表明：高阶涡旋光场的全息叉形光栅会在记录过程中发生劈裂, 轻微劈裂的涡旋光束仍维持一个稳定的环状结构; 全息记录过程中不同拓扑荷数的涡旋光束记录速率较为统一, 偶氮材料可经过上百次的擦写而不出现疲劳; 再现涡旋光与原始涡旋光在光强分布结构上保持高度一致, 再现涡旋光的干涉条纹与原始涡旋全息光栅保持高度一致, 涡旋光及其携带的拓扑荷信息可被有效记录和读取.

1 引 言

涡旋光束具有中心相位奇点和螺旋相位结构[1], 在柱坐标下涡旋光束的一般结构可被表示为U(r,q,z)=Aq(r)exp(iqθ)exp(-ikz).Aq(r)描述了磁场的径向分布, exp(–ikz)描述了光束在z 方向的传播, exp(iqθ)描述了螺旋相位结构, θ 表示方位角, q 表示角量子数, 反映了在相位奇点附近2π 相位周期的个数, 涡旋光束的光强呈环形分布, 截面中心处的强度为0.由于螺旋形相位波前的存在, 涡旋光束具有轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)Lz=qℏ, q 决定了涡旋光束携带的轨道角动量的大小……