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第 35卷 第 6期2015年 6月Vol. 35, No. 6June, 2015光 学 学 报ACTA OPTICA SINICA0607001-轨道角动量光的区分施 帅1,2丁冬生1,2周志远1,2李 岩1,2张 伟1,2史保森1,21 中国科学技术大学量子信息重点实验室, 安徽 合肥 2300262 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026摘要 载有轨道角动量(OAM)的光可用于提高光通信网络的带宽，而对不同轨道角动量态的区分是有效利用轨道角动量光的核心。利用空间光调制器设置合适的传递函数以实现傅里叶平面间的光学坐标变换。变换后，轨道角动量光随方位角的相位变化变成横向相位变化。相位修正后将不同轨道角动量的光聚焦到不同的横向位置，实现了对轨道角动量光的有效区分。关键词 傅里叶光学; 模式识别; 空间光调制器; 光通信中图分类号 O438.2 文献标识码 Adoi: 10.3788/AOS201535.0607001Sorting of Orbital Angular Momentum States of LightShi Shuai1,2Ding Dongsheng1,2Zhou Zhiyuan1,2Li Yan1,2Zhang Wei1,2Shi Baosen1,21 Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China2Synergetic Innovation Center of Quantum Information & Quantum Physics, University of Science andTechnology of China, Hefei, Anhui 230026, ChinaAbstract While light carrying orbital angular momentum (OAM) has much potential in increasing thebandwidth of communication networks, sorting of different OAM states is one of the key techniques to utilize iteffectively. A method is proposed to realize optical coordinate transformation between two Fourier planes withthe aid of spatial light modulator. After the transformations, the phase of light depending on azimuthal angle ischanged to depend on transverse position. Each OAM state is focused to a lateral position after a phase-correcting element. This method realizes sorting of light with OAM efficiently.Keywords Fourier optics; pattern recognition; spatial light modulator; optical communicationOCIS codes 070.5010; 070.6120; 060.4510收稿日期: 2014-12-24; 收到修改稿日期: 2015-02-10基金项目: 国家 973 计划(2011CBA00200)、国家自然科学基金(11174271、61275115、61435011)、中国科学技术大学青年创新基金(9850320804)。作者简介: 施 帅(1989—)，男，硕士研究生，主要从事量子信息等方面的研究。E-mail: shishuai@mail.ustc.edu.cn导师简介: 史保森(1970—)，男，教授，博士生导师，主要从事量子信息等方面的研究。E-mail: drshi@ustc.edu.cn(通信联系人)1 引 言当前轨道角动量(OAM)光吸引了大量研究人员的注意力[1-3] 。Allen等 [4] 在 1992年认识到具有exp(ilα) 波前的螺旋相位光具有实质上的 OAM，其中 α 代表绕光轴的方位角。当 l 取任意整数时都能保证光束绕光轴的相位连续变化，这样光束能够在空间稳定传输。OAM 光可以对照射的物体产生力矩作用,可以无接触测量旋转物体的旋转频率,还可用作光镊等[4-6] 。与只有两个维度的偏振自由度不同，光的 OAM 自由度在理论上是没有维度限制的。利用光的 OAM 来编码信息是显著提高光通信网络带宽的重要方法[7] 。OAM 叠加态的存储，以及频率变换过程中与 OAM 态的变化有关的实验工作，为 OAM 光编码信息提供了可靠的基础[8-9] 。而对不同 OAM 态的区分,是提取信息和提高带宽的重要技术。目前国内在 OAM 的区分技术上与国际水平还有差距。对不同 OAM 态的有效区分可以利用 OAM 光来编码信息，以提高光通信网络的带宽。本文实验1