Новый метод параллельного измерения топологического заряда в оптических вихрях на основе компьютерной голографии

Liu, X., Sujuan H., Wancai X., Zhonghua P.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Xianpeng Liu, Sujuan Huang, Wancai Xie, Zhonghua Pei. New topological charge parallel measurement method of optical vortex based on computer-generated holography (Новый метод параллельного измерения топологического заряда в оптических вихрях на основе компьютерной голографии) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 43–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-43-51

Xianpeng Liu, Sujuan Huang, Wancai Xie, Zhonghua Pei. New topological charge parallel measurement method of optical vortex based on computer-generated holography (Новый метод параллельного измерения топологического заряда в оптических вихрях на основе компьютерной голографии) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 2. P. 43–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-43-51

Ссылка на англоязычную версию:

Xianpeng Liu, Sujuan Huang, Wancai Xie, and Zhonghua Pei, "Topological charge parallel measurement method for optical vortices based on computer-generated holography," Journal of Optical Technology. 89(2), 94-100 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000094

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 путёмгенерирования 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

Благодарность:

Настоящее исследование выполнено при финансовой поддержке Государственного фонда естественных наук Китая (61475098), а также в рамках Проекта 111 (D20031).

Коды OCIS: 090.1995, 200.4740

Список источников:

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.