光学涡旋简介

3.2基于全光纤结构的生成方法

由于光纤结构的多样性，基于全光纤结构的生成涡旋光束的方法非常多，在这里就简单举几个例子。如图3所示，这两种都是基于光栅的涡旋光束的生成方法，其中图3(a)表示的是微弯光栅法生成涡旋光束，当光束通过微弯光栅时，光纤中激发出一对HE21模，并产生π/2的相位差，从而生成涡旋光束。图3(b)表示华中科技大学的一个课题组做的实验，他们利用机械长周期光栅挤压少模光纤，使少模光纤中的LP11a和LP11b模产生π/2的相位差，从而生成涡旋光束。

图3.基于光栅的生成方法

图4.基于特殊光纤结构的生成方法

图4表示的是利用特殊设计的光纤结构来产生涡旋光束的方法。其中图4(a)表示的是华南师范大学的一个课题组做的仿真，他们在单模和少模光纤中间做一个螺旋相位盘，螺旋相位盘的有效折射率沿方位角方向递增，可以等效为一个螺旋相位板，从而在少模光纤中生成涡旋光束[15]。图4(b)表示的是南开大学的一个课题组做的仿真，他们做了一个多心结构和环形折射率分布的光纤，当基模从中间的纤芯通过时，在环形折射率区域耦合出涡旋光束[16]。此外，南加州大学也做了多种类似的光纤结构能够较好的耦合出涡旋光束[17]，我们目前也正在把单模-少模耦合器和光纤激光器结合起来做一个全光纤涡旋激光器。

4.光学涡旋检测

光学涡旋的检测办法有很多，各有利弊，常见的有以下几种：

4.1 螺旋相位板和全息光栅法

图5.螺旋相位板、全息光栅和干涉法

如图5(a)和(b)所示，和涡旋光束的生成相反，当携带拓扑电荷数为l的涡旋光束通过一个拓扑电荷数为-l的螺旋相位板或者全息光栅[18]时，正好可以转化成高斯光，然后通过透镜聚焦后能透过一个小孔被检测器检测到，这种方法可以用来检测携带特定拓扑电荷数的涡旋光束。

4.2 干涉法

当平面波和球面波分别与涡旋光束进行干涉时，会形成叉形或者涡旋形的干涉条纹，我们可以根据干涉图案来检测涡旋光束[19]。图5(c)所示的是拓扑电荷数为1、2、0.5、1.33的涡旋光束与平面波或球面波干涉使时的图案，我们可以通过叉的个数和方向或者涡旋的个数和方向来判断拓扑电荷数的大小和正负。

4.3圆弧缝隙法

图6.圆弧缝隙法和像散聚焦法