激光与光电子学进展, 2020, 57 (9): 090002, 网络出版: 2020-05-06   

涡旋激光阵列产生技术研究进展 下载: 1873次

Research Progress of Vortex Beam Array Generation Technology
作者单位
上海师范大学数理学院, 上海 200234
图 & 表

图 1. 干涉场的模拟相位分布图[26]

Fig. 1. Simulated phase distribution of interference field[26]

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图 2. 迈克耳孙干涉仪实验图和干涉条纹图[26]。(a)迈克耳孙干涉仪示意图;(b)叉形条纹图

Fig. 2. Experimental diagram and interference fringe pattern of Michelson interferometer[26]. (a) Diagram of Michelson interferometer; (b) fork fringe pattern

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图 3. 马赫-曾德尔干涉仪实验图和干涉条纹图[26]。 (a)马赫-曾德尔干涉仪示意图;(b)叉形条纹图

Fig. 3. Experimental diagram and interference fringe pattern of Mach-Zehnder interferometer[26]. (a) Diagram of Mach-Zehnder interferometer; (b) fork fringe pattern

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图 4. 叉形条纹图[27]

Fig. 4. Fork fringe pattern[27]

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图 5. 使用TN-LCSLM的实验装置示意图[34]

Fig. 5. Schematic of experimental setup using TN-LCSLM[34]

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图 6. 光学涡旋阵列照明器和涡旋光束阵列光强、干涉条纹图[34]。 (a)正六角光学涡旋阵列照明器;(b)涡旋光束阵列光强;(c)叉形条纹图

Fig. 6. Optical vortex array illuminator, vortex beam array intensity, and interference fringe diagram[34]. (a) Hexagonal optical vortex array illuminator; (b) light intensity of vortex beam array; (c) fork fringe pattern

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图 7. 衍射光栅[35]。 (a)光栅A;(b)光栅B

Fig. 7. Diffraction grating[35]. (a) Grating A; (b) grating B

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图 8. 涡旋光阵列光强、相位和干涉条纹图[35]。 (a)光强点阵图;(b)相位分布图;(c)叉形条纹图

Fig. 8. Intensity, phase, and interference fringe diagrams of vortex beam array[35]. (a) Point array of beam intensity; (b) phase distribution; (c) fork fringe pattern

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图 9. 光楔衍射法原理[36]

Fig. 9. Schematic diagram of optical wedge diffraction method[36]

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图 10. 单条光楔产生两列拓扑荷相异涡旋的仿真结果[36]

Fig. 10. Simulation results of two columns of optical vortexes with opposite topological charge generated by single wedge[36]

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图 11. 模式转换器的转换关系图和转换方案图[37]。 (a)花状LG模式和交叉HG模式的转换关系;(b)花状LG模式和交叉HG模式的转换方案

Fig. 11. Transformation relation diagram and transformation scheme diagram of mode converter[37]. (a) Transformation relation between flower-like LG mode and crisscrossed HG mode; (b) transformation scheme between flower-like LG mode and crisscrossed HG mode

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图 12. 涡旋光阵列的强度和相位图[37]。 (a)涡旋光阵列强度分布图;(b)涡旋光阵列相位分布图

Fig. 12. Intensity and phase diagrams of vortex beam array[37]. (a) Vortex beam array intensity distribution; (b) vortex beam array phase distribution

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图 13. 实验结果图[38]

Fig. 13. Experimental result[38]

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图 14. 实验光路示意图[38]

Fig. 14. Schematic of experimental optical path[38]

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图 15. OAM阵列编码/解码实验图和光阵列分布图[39]。 (a)实验光路示意图;(b)高斯光束阵列;(c)涡旋光阵列;(d)涡旋光阵列的拓扑荷数

Fig. 15. Experimental diagram for OAM array encoding/decoding and distribution of beam arrays[39]. (a) Schematic of experimental optical path; (b) Gaussian beam arrays; (c) vortex beam arrays; (d) topological charge of vortex beam arrays

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图 16. MN列的矩形涡旋光阵列[40]

Fig. 16. Rectangular vortex beam array with M rows and N columns[40]

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图 17. 涡旋光阵列的全息图和实验干涉条纹图[40]。 (a)涡旋光阵列的全息图;(b)涡旋光阵列的干涉条纹图

Fig. 17. Hologram and experimental interference fringes of vortex beam array[40]. (a) Hologram of vortex beam array; (b) interference fringes of vortex beam array

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图 18. 实验系统示意图[42]

Fig. 18. Schematic of experimental system[42]

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图 19. 超薄多通道涡旋光束发生器[51]

Fig. 19. Schematic of multi-channel vortex beam generator using metasurface[51]

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图 20. 实验和模拟得到的涡旋光阵列[51]

Fig. 20. Vortex beam arrays obtained by experiment and simulation[51]

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表 1各种方法的对比

Table1. Comparison of various methods

MethodAdvantageDisadvantage
InterferometrySimple experimental device, high contrast of vortex beam arrayExperimental complexity, system instability
Talbot effect methodHigh compression ratio of vortex arrays, easy operationGrating position has a great influence on quality of beam array
Optical wedge diffraction method for beam arrayAdjustable vortex beam array spacingComplication of wedge making process, multistage diffraction at edge of wedge, double edge diffraction caused by wedge tilt
Mode conversion methodHigh conversion efficiencyComplication of optical structure, difficulty in device preparing, difficulty to control types and parameters of vortex beam array
Dammann vortex grating methodThree-dimensional vortex array with adjustable topological charge, high purity of vortex arraysHigher requirement for surface quality of grating, expensive, difficult to process
Computational holography methodEasy operation, variable parameters of the vortex arrayHigh requirement for computer speed and storage
Spatial light modulation methodEasy operation, variable beam shape in a vortex arrayRequirement for space light modulator with high quality and high price
Metamaterial pattern methodMiniaturization, high quality vortex arrayHigh price

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李伟, 俞嘉文, 闫爱民. 涡旋激光阵列产生技术研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(9): 090002. Wei Li, Jiawen Yu, Aimin Yan. Research Progress of Vortex Beam Array Generation Technology[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(9): 090002.

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