1. 研究目的与意义
本课题的现状及发展趋势：
光学涡旋，亦称为涡旋光束，是一种具有螺旋型相位波前的特殊光场[1]。轨道角动量 (Orbital angular momentum，OAM) 是与光学涡旋光束的螺旋相位前沿相关的独立自由度，这种方位角相位分布可以通过具有无限维数的拓扑电荷来描述[2-4]。轨道角动量(OAM)光场由于具有独特的光强和相位分布，近年来已经在诸多领域得到了广泛应用，例如微机械系统，光镊技术，超高分辨率的显微成像技术，高维量子信息处理，自由空间光通信等[5,6]。量子通信、经典传统光通信系统中，信息编码通常采用光的强度、频率、位相和偏振的调制。由于旋涡场光束携带的轨道角动量 OAM具有新自由度，已成为信息技术领域编和解码的新方法[7,8]。
光学旋涡的产生与调控是 OAM在自由空间量子通信与经典光通信应用的关键,目前有以下几类方法可产生和调控 OAM。激光谐振腔、HG转换成相应的 LGp|l|、螺旋波带板( Spiral Phase Plate，SPP) 或全息光学转换板、自发参量下转换产生 OAM 纠缠光子对、衍射光学元件等[9]。现在，不同于模拟物光和参考光干涉产生全息图的常规方法，利用共轭对称复函数的傅里叶变换是实函数这一熟知的性质可以直接将物光波的复振幅作共轭对称延拓通过快速傅里叶变换直接生成实函数后编码得到灰度全息图[10,11]。
2. 研究内容和问题
基本内容：
文章基于共轭对称延拓傅里叶计算全息编码能够对物光波进行计算全息的编码，并且效率很高，利用共轭对称复函数的傅里叶变换是实函数这一性质，直接将物光波的复振幅作共轭对称延拓，然后进行快速傅里叶变换(FFT)得到含有物光波振幅和相位信息的实值函数，对其进行适当的编码可以得到物光波的傅里叶计算全息图。
利用该全息图，通过数值计算数字重建涡旋光束，并基于空间光调制器光电再现了涡旋光束。研究表明，此方法产生的涡旋光束质量高，利用生成的全息图在数字再现和光电再现实验中均获得了良好的效果。
3. 设计方案和技术路线
研究方法：
本课题将基于计算全息与空间光调制器技术，对光学涡旋的基本原理、光学涡旋的产生、传输特性等进行了相应的理论与实验研究。通过对国内外研究成果与资料的综述，总结了光学涡旋的发展历史和研究热点与现状。基于共轭对称延拓傅里叶计算全息，研究了一种产生高质量的无旁瓣涡旋光束的方法。首先从理论上介绍了面向共轭对称延拓傅里叶计算全息的基本原理。基于单环拉盖尔高斯涡旋光束复振幅分布，编码产生涡旋光束的计算全息图。接着通过对计算全息图进行数值计算模拟重建了涡旋光束，基于空间光调制器光电产生了涡旋光束，并通过干涉方法对产生的涡旋光束进行了有效的评估。最后，通过理论模拟与实验结果的对比分析，总结了面向共轭对称延拓傅里叶计算全息产生无旁瓣涡旋光束的有效性。
4. 研究的条件和基础
本课题可以借助上海市特种光纤与光接入重点实验室相关条件展开。该实验室已具备该课题研究所需的设备和条件。其中设备包括：空气减震实验平台、SANTEC 1550nm可调谐激光光源、滨松（Hamamatsu）红外CCD、Holoeye空间光调制器、OFDM信号发生器、光电接收器、示波器等；器材包括：准直器、偏振片、半波片、保偏光纤、分束/合束器、光阑、5轴三维调节平台以及光机组件等。
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