利用衍射变换光学对光的轨道角动量进行乘除运算

我们提出一种利用两个光学元件的序列高效地对光束的轨道角动量(OAM)进行乘或除的方法。关键元件由一种光学变换表示，该变换将输入OAM光束的方位角相位梯度映射到圆形扇区上。通过将多个圆形扇区变换组合到单个光学元件中，可以通过分割相位并将其映射到互补的圆形扇区上来实现输入OAM态数值的乘法。反之，通过组合多个逆变换，可以将输入光束的不同互补圆形扇区映射到等数量的圆形相位梯度上，从而实现初始OAM数值的除法。这些光学元件已以纯相位衍射光学元件的形式通过高分辨率电子束光刻制备。光学测试证实了乘法光学元件执行输入OAM整数乘法的能力，而所设计的除法器被证明可正确地将输入光束拆分为一组互补的OAM光束。这些元件可应用于高阶OAM模式的倍增生成、基于OAM光束传输的光信息处理以及电信中的光路由/交换。