1. 研究目的与意义
本课题的现状及发展趋势：
光学涡旋是具有螺旋相位波前或相位奇点的特殊光场，其复振幅分布可以简单表示为h(r) exp(ilq)，exp(ilq)表明光场的相位与旋转方位角q成正比，其中l为光学涡旋的拓扑荷(Topological Charge,简称TC)，一般为整数。这种光场中的每一个光子都具有确定的轨道角动量[5.6]。作为一种比较独特的光场，它的重要性表现在具有特殊的螺旋波前结构和确定的光子轨道角动量。涡旋光场的这种螺旋波前结构对研究涡旋场的产生、相互作用及其传播动力学具有重要意义。近几年,由于具有许多重要的潜在应用价值,光学涡旋的研究迅速发展起来,成为现代光学一个重要的分支。
自19世纪Airy[1]发现在透镜的聚焦面上会形成一种奇异的环以后，人们才开始对这种现象进行研究。1973年,William H.Carter[2]根据计算机模拟揭示：可以通过对光束的极轻微扰动使奇异环产生或消失。之后,G.P.Karman等[3~7]研究揭示：奇异环或环的波前错位随着任何非近轴激光束的传递而产生。此外,光束参数的变化导致位错反应——波前奇异性的不断产生和消失。后来,A.V.Volyar等[8]提出:环的主要特征和边缘位错是横向光学涡旋的一种空间运动,这种光学涡旋的基本单元具有相位奇异性,这是首次用光学涡旋来解释这种现象。
2. 研究内容和问题
基本内容：
本课题将在计算全息图中引入数字光栅技术，将各衍射级分开，从而获得较为纯净的高质量涡旋光束。着重研究SLM性能参数、全息图和OV能量转换效率之间的关系，比较正弦数字光栅和闪耀数字光栅各衍射级的能量分布，利用光栅理论对涡旋光束衍射场建立数学模型，定量地分析衍射光场中 1衍射级OV的衍射角度和能量转换效率，并将进一步通过实验对理论分析进行验证。
预计解决的难题：
3. 设计方案和技术路线
研究方法：
本课题将基于数字光栅的OAM全息再现技术，对光学涡旋特殊的暗中空结构以及确定的轨道角动量特性进行相应的理论与实验研究。通过研究国内外文献与资料，总结了光学涡旋的发展历史、研究热点以及研究现状，着重研究SLM性能参数、全息图和OV能量转换效率之间的关系。
技术路线：
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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