了解利用振幅光柵生成拉蓋爾高斯光束的實驗研究

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1、第’&卷第%期%##$年%月物理學(xué)報V<;4’&，U<4%，W->.,*.X，%##$"###/7%H#M%##$M’（&#%）M#$(#/#&CNOCPQRSTNCSTUTNC!%##$NY234PYX14S

2、3，)0）光束由于其獨特的相位結(jié)構(gòu)和軌道角動量特性在微粒旋轉(zhuǎn)操縱和信息處理等方面得到了越來越多的重視4對利用振幅型叉狀衍射光柵產(chǎn)生)0光束進行了理論分析，采用計算全息圖的方法制作了振幅型叉狀衍射光柵，實驗上獲得了角量子數(shù)為5"的)0光束，并對光束變換過程中影響光束特性的主要因素進行了討論4關(guān)鍵詞：信息光學(xué)，拉蓋爾高斯光束，計算全息光柵，光束軌道角動量!"##：6%7#，(""#8，6%6#9%B利用衍射光柵生成)0光束的原理"B引言$%&%衍射光柵的制作光的偏振很早就為人們所認識，其偏振特性導(dǎo)致光具有自旋角動量4光的軌道角動量近年來才開利用衍射光柵產(chǎn)生)0模的方法

3、結(jié)構(gòu)簡單，可始被人們認識，C;;-3等人［"］發(fā)現(xiàn)具有-DE（2!）形式以采用計算機制模實現(xiàn)復(fù)雜的圖形，其生成原理可!以用激光干涉生成全息圖來分析4考慮兩束相干光的相位因子的光束的每個光子具有軌道角動量束"和"的相干疊加4假定"是單位幅度的均（FCG）"!，其中!是軌道角動量量子數(shù)，典型光束是"%"［%］勻平面波：拉蓋爾高斯（)*+,-..-/0*,112*3，)0）光束4具有軌道""I-D（E2#$123#J2#%A<1#），（"）角動量的)0光束在微粒旋轉(zhuǎn)操縱和信息處理等領(lǐng)其中，#是平面波傳播方向與參考方向（%向）之間［7，6］域有潛在的重要應(yīng)用價值4的夾角；

4、"是沿著%向傳播的非歸一化)0高斯光%目前已經(jīng)有多種生成)0光束的方法，如腔內(nèi)［"#］束，其束腰位于%I#處，其橫向場分布為［’］［(］加入細絲法，柱面鏡系統(tǒng)光束變換法，螺旋相位%%2#&&［&］［$］"IKK（2%)J!J"）片法和衍射光柵法4其中腔內(nèi)細絲法的效率較%-DE[K%’(%$]低，而且很難產(chǎn)生高階)0光束；利用柱面鏡系統(tǒng)雖!%%)%&%!%&然可以產(chǎn)生較純的)0光束，但是其對調(diào)整要求較L-D（EK2!!）（K"）(%)*)(%)，（%）((高；螺旋相位片的制作有一定難度4衍射光柵法結(jié)構(gòu)當兩束光束非同軸入射，即平面波"傳輸方"簡單，可以采用計算機制作獲

5、得所需的衍射模向與)0光束"傳輸方向的夾角#不為零時，在%［$，H］板4本文推導(dǎo)了利用光柵生成具有軌道角動量光%I#處干涉場的相位分布式為束的衍射方程，報道了利用自行設(shè)計制作的叉狀衍%（&，!，%）I!!J#$123#4（7）射光柵產(chǎn)生各種)0光束的實驗結(jié)果，并對實驗中用+（%（，，%））表示光柵圖樣的振幅隨相位&!的各種影響衍射光場的因素進行了分析4%（&，!，%）的分布函數(shù)4對+（%）做二值化處理，可!教育部博士點基金（批準號：%##’###&#%&）和教育部“新世紀優(yōu)秀人才”資助計劃資助的課題4!通訊聯(lián)系人49/:*2;：+*<=>2?4-@,4A3&期李豐

6、等：利用振幅光柵生成拉蓋爾高斯光束的實驗研究A;"以得到二元振幅型光柵：簡捷，而且在研究在./光束的生成上采用二元振"#$（%!，&!）!!，幅型光柵可以很好地反映其產(chǎn)生機理，因此本文對!（!）!{（(）’其他，相位型光柵暫不予以分析)其中#$（%!，"）表示!對"取余的函數(shù))!"!"由叉狀光柵獲得#$光束原理以黑白底片為介質(zhì)，用膠片記錄儀生成了尺寸為(*+##,(*+##單叉叉狀衍射光柵實物)整個光將光柵圖樣的振幅隨相位的分布函數(shù)!（!）進柵具有-個光柵周期，每個光柵周期寬度約’*+##)行傅里葉展開如下：01實物如圖"所示)!（!）!"$#34（56#!），（

7、+）#!21其中!是由（7）式?jīng)Q定的相位分布，傅里葉展開系數(shù)為869#!:&6#!$#!345(2))（;）#!&當基模高斯光束入射到光柵上后，透過光柵后的光場分布的形式為&&""%6（9"，#）!#&345(2&&)!（!）)（<）!’’出射光的遠場分布可以看作是近場分布的傅里葉變換：%=>（?"@，#@）!’［&%6（9"，#）］，（A）圖"叉狀二元振幅型光柵其中的（，）是遠場的空間坐標（空間角頻域極坐"@#@由于目前相位型光柵制作比較復(fù)雜，不夠方便標），’是二維傅里葉變換)可以將（A）式化簡為&01%=>（?"@，#@）!"$#’［&%’（’"，#）34（5

8、6##(）