中国科学院光电技术研究所机构知识库

轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）光束是一种具有螺旋相位波前的空心圆环光束。由于其在光通信、光学粒子捕获和光学微操作等领域的潜在应用，近年来受到了极大的关注。传统的OAM产生器件主要是空间相位板、液晶空间光调制器、q板、计算感应全息和环形光栅等元件，但由于其大的光学尺寸，导致无法轻易实现OAM光束的选择产生。平面光学超表面（Metasurfaces）器件已经被证明能在亚波长范围内实现电磁波的调制。为了充分利用超表面器件的超薄特性，不同结构外形和方位角的亚波长单元已被广泛探索用于设计能产生OAM光束的等离子体超表面器件。本文围绕基于亚波长结构的光学OAM产生和调制方法展开研究。主要包括以下三个方面：研究亚波长结构在圆偏振入射光条件下的共振特性；设计能实现波长选择产生OAM光束的超表面器件；探索OAM光束在旋转坐标系下的传输特性。论文的主要成果如下：

1、鉴于不同尺寸的亚波长单元具有不同的共振波长，提出了分区域产生OAM光束的超表面器件的设计方法。在左旋圆偏振入射光波长分别为930 nm和766 nm的条件下，实验和仿真证明了拓扑电荷值l为1和2的OAM光束的选择产生和聚焦，并且在聚焦区域内OAM光束的纯度分别是71.78%和99.01%。此外，线偏振入射光可被用于确定OAM光束的l值，该方法简化了l值的检测过程。

2、根据OAM光束在旋转坐标系下的传输稳定性，建立了旋转坐标系下的OAM光束的l数与物体自旋角速度之间的关系。由于圆波导能高效稳定传输带±l数的OAM光束的干涉场，因而提出了基于超表面和圆波导的物体自旋角速度的测量方案。