DOI:10.17586/1023-5086-2022-89-02-43-51
УДК 535.8
Xianpeng Liu1, Sujuan Huang2, Wancai Xie3, Zhonghua Pei4
1, 2, 3, 4Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communication, Shanghai University, Shanghai, China
1The City Vocational College of Jiangsu, Nantong, China
Corresponding author: Sujuan Huang sjhuang@shu.edu.cn
annotation
The generation, propagation, and application of optical vortex have been major researched topics in recent years. In this study, a parallel measurement approach is presented to analyze the topological charge of single and composite optical vortices with the help of the spatial light modulator. The topological charges of single and composite optical vortices are measured by observing the Gaussian point position of the diffracted field, which solves the difficult problem of measuring the composite optical vortex and the optical vortex with large topological charge. The presented method is feasible and has strong expansibility. More composite optical vortex can be measured easily by using different computer-generated holography. When the optical vortex is measured correctly, it can present a Gaussian point, which retains the characteristics of optical vortex. Therefore, this point will be important in the optical vortex communication.
Keywords: optical vortex, parallel measurement, computer-generated hologram
Acknowledges. This work was funded by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (61475098). This work was supported by 111 Project (D20031).
For citation: Xianpeng Liu, Sujuan Huang, Wancai Xie, Zhonghua Pei. New topological charge parallel measurement method of optical vortex based on computer-generated holography // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 43–51. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-43-51
OCIS codes: 090.1995, 200.4740.
Новый метод параллельного измерения топологического заряда в оптических вихрях на основе компьютерной голографии
Xianpeng Liu, Sujuan Huang, Wancai Xie, Zhonghua Pei
Аннотация
Генерация, распространение и применение оптических вихревых пучков являются популярными предметами исследований в последние годы. В данной работе рассмотрена возможность анализа топологического заряда одиночных и составных оптических вихрей с использованием параллельных измерений с помощью компьютерной голограммы, реализуемой пространственными модуляторами света. Топологические заряды одиночных и составных оптических вихрей измеряются путём наблюдения положения гауссовской точки, возникающей при дифракции измеряемого пучка на соответствующей компьютерной голограмме. Это позволяет решить сложную задачу измерения таких вихрей, обладающих большим топологическим зарядом. Представленный метод достаточно прост в реализации и допускает дальнейшие расширения путём генерирования более сложных измерительных голограмм, соответствующих более сложным конфигурациям вихревых полей. Распределение поля в гауссовской точке, соответствующей данному оптическому вихрю, сохраняет его характеристики, что может оказаться полезным в коммуникационных задачах, использующих вихревые свойства оптического излучения.
Ключевые слова: оптический вихрь, параллельное измерение, компьютерная голограмма
References
1. Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J.C., Woerdman J.P. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre–Gaussian laser modes // Phys. Rev. A. 1992. V. 45. P. 8185–8189.
2. Heckenberg N.R., McDuff R., Smith C.P., Rubinsztein-Dunlop H., Wegener M.J. Laser beams with phase singularities // Opt. Quant.Electron. 1992. V. 24. P. S951–S962.
3. Curtis J.E., Grier D.G. Structure of optical vortices // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. P. 133901.
4. Chi H., Jiang S., Ou J., Jin T. Comprehensive study of orbital angular momentum shift keying systems with a CNN-based image identifier // Opt. Commun. 2020. V. 454. P. 124518.
5. Ndagano B., Nape I., Cox M.A., Rosales-Guzman C., Forbes A. Creation and detection of vector vortex modes for classical and quantum communication // J. Light. Technol. 2018. V. 36. № 2. P. 292–301.
6. Hassan M. M., Kabir M.A., Hossain M.N., Biswas B., Paul B.K., Ahmed K. Photonic crystal fiber for robust orbital angular momentum transmission: design and investigation // Opt. Quantum Electronics. 2020. V. 52. № 1. P. 8.1–8.14.
7. Mphuthi N., Gailele L., Litvin I., Dudley A., Botha R., Forbes A. Free-space optical communication link with shape-invariant orbital angular momentum Bessel beams // Appl. Opt. 2019. V. 58. № 16. P. 4258–4264.
8. Dong M., Lu X., Zhao C., Cai Y., Yang Y. Measuring topological charge of partially coherent elegant Laguerre–Gaussian beam // Opt. Express. 2018. V. 26. P. 33035–33043.
9. Shen D., Zhao D. Measuring the topological charge of optical vortices with a twisting phase // Opt. Lett. 2019. V. 44. P. 2334–2337.
10. Hosseini-Saber S.M.A., Akhlaghi E.A., Saber A. Diffractometry-based vortex beams fractional topological charge measurement // Opt. Lett. 2020. V. 45. P. 3478–3481.
11. Flamini F., Spagnolo N., Sciarrino F. Photonic quantum information processing: a review // Rep. Prog. Phys. 2019. V. 82. № 1. P. 016001.
12. Li X., Tai Y., Lv F., Nie Z. Measuring the fractional topological charge of LG beams by using interference intensity analysis // Opt. Commun. 2015. V. 334. P. 235–239.
13. Khajavi B., Galvez E.J. Determining topological charge of an optical beam using a wedged optical flat // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 8. P. 1516–1519.
14. Narag J.P., Hermosa N. Probing higher orbital angular momentum of Laguerre–Gaussian beams via diffraction through a translated single slit // Phys. Rev. Applied. 2019. V. 11. № 5. P. 054025.
15. Sztul H.I., Alfano R.R. Double-slit interference with Laguerre–Gaussian beams // Opt. Lett. 2006. V. 31. № 7. P. 999–1001.
16. Deng D., Li Y., Han Y., Ye J., Liu Y., Zhao H. Detection of multiplexing orbital angular momentum states by single objective // Opt. Commun. 2018. V. 428. P. 84–88.
17. Zheng S., Wang J. Measuring orbital angular momentum (OAM) states of vortex beams with annular gratings // Sci. Rep. 2017. V.7. P. 40781.
18. Huang S., He C., Wang T. Generation of sidelobe-free optical vortices utilizing object-oriented computer generated holograms // J. Opt. 2014. V. 16. № 3. P. 035402.
19. Huang S., Miao Z., He C., Pang F., Li Y., Wang T. Composite vortex beams by coaxial superposition of Laguerre–Gaussian beams // Opt. Lasers. Eng. 2016. V. 78. P. 132–139.
20. Tudor R., Mihailescu M., Kusko C., Paun I.A., Nan A.E., Kusko M. Simultaneous and spatially separated detection of multiple orbital angular momentum states // Opt. Commun. 2016. V. 368. P. 141–149.
21. Shao W., Huang S., Chen M., Liu X., Xie W. Research of optical vortex’s energy efficiency and diffraction angle based on spatial light modulator // Opt. Eng. 2017. V. 56. № 8. P. 086113.
