有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法

技术特征：
1.一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一、复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测1.1.给出任意结构光束的光场表达式，包括参量：光束的束宽、拓扑荷、波长；1.2.求解步骤一第1.1步给出的光场表达式，得出该结构光束的强度分布；1.3.从步骤一第1.2步得到的结果中找到需要求取的光场强度环的径向位置，确定积分的上下边界；1.4.通过应用步骤一第1.3步的径向位置，代入oam计算公式，改变积分的上下界，求得其对应结构光束的局域oam；步骤二、通过求和得到的强度值来对应局域oam，对步骤一第1.4步中求得的结构光束的局域oam进行验证2.1.通过用于探测空间结构光场局域oam的演示实验，以叠加逆相位来探测所需结构光束的强度环的局域oam，得到对应的强度分布图；2.2.通过累加求和步骤二第2.1步得到的对应的强度分布图的每一个像素点或强度值来得到平均强度，此时该平均强度即对应局域oam。2.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：步骤一第1.1步中所述结构光束采用非零径向指数的拉盖尔-高斯(lg)光束。3.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤一第1.1步具体方法为，将非零径向指数的lg光束的场分布写为：其中z表示输入面和接收面之间的距离；r是极坐标系中的径向坐标；l和p分别代表lg光束的拓扑荷和径向指数；是基模高斯光束宽度；w0是入射光束束宽；为瑞利距离；波数k＝2π/λ，其中λ为波长；是联带拉盖尔多项式。4.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤一第1.2步具体方法为，求得lg光束的光场强度分布，用lg光束的光场乘以其复共轭来表示；对于近轴光场的oam的确定，总oam矢量的轴上投影jz和总光场能量w用式(2)、式(3)的关系给出：
其中表示的复共轭，im表示虚部运算，光束的总的标准oam如下式(4)：式(4)中的对径向位置r的积分取为无穷，表示对整个平面进行积分，并求得lg光束的总oam。5.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤一第1.3步的具体方法为：首先通过复杂径向结构光束的一维横向强度剖面数据，找到每一个光场强度环的径向位置r；以这个径向位置r来确定积分的上下边界；通过控制公式(4)中的积分上下边界来得到每一个强度环上的oam。6.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤一第1.4步的具体方法为：用步骤一第1.3步中所述的径向位置r，将其设定为积分的上下界，代入式(4)，求得对应径向位置r光场强度环的局域oam。7.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤二第2.1步的具体方法为：通过空间光调制器slm1产生不同径向指数的lg光束；然后在空间光调制器slm2前放置一个光阑用于过滤遮挡外环的光场强度，让内环光场通过slm2；再通过叠加逆相位来对slm1产生的不同径向指数的lg光束，探测内环光场强度的局域oam，并得到对应的光场强度分布图。8.根据权利要求1所述的一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，其特征在于：所述步骤二第2.2步的具体方法为：通过对步骤二第2.1步得到的数据进行处理，获得平均强度；对强度值数据求和、进行归一化处理，并与步骤一第1.3步中得到的理论计算结果即公式(4)相比较；通过累加求和每一个二维像素点或一维强度值来得到平均强度，此时该平均强度即对应局域oam。

技术总结
一种有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法，首先，在有限的接收孔径条件下，对接收到的局部能量的结构光束的OAM计算方法进行了补充，弥补了有限接收孔径下的复杂径向结构光束的局域轨道角动量探测方法的空白；其次，细化了根据复杂径向结构光场的OAM分布特点，获取复杂径向结构光场每一个强度环所对应的OAM；本发明解决了有限接收孔径下复杂径向结构光束的局域OAM计算与探测，通过对复杂径向结构局域光场径向位置的提取，达到复杂径向结构光场局域OAM的探测。达到复杂径向结构光场局域OAM的探测。达到复杂径向结构光场局域OAM的探测。


技术研发人员：王岩坤 白璐 黄超 李海英 李艳辉
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2022.08.18
技术公布日：2022/11/11