来自相位-振幅超表面的径向与方位角纯涡旋光束

为利用拉盖尔-高斯基下光横向空间结构的全部潜力，有必要控制光子的方位角与径向分量。涡旋相位元件常用于产生这些光模式，可精确控制方位角指数，却忽略了定义其相应横向轮廓的径向依赖振幅项。本文中，我们通过实验演示了利用介电相位-振幅超表面一步同轴变换产生高纯度拉盖尔-高斯光束。通过对输入光束进行矢量结构化并将其投影到正交偏振基上，我们可在相位和振幅上塑造任意涡旋光束。我们表征了所产生涡旋光束的方位角与径向纯度，对 $\ell=50$ 且 $p=0$ 的涡旋光束达到了 98% 的纯度。此外，我们比较表明，所产生的涡旋光束纯度优于其他成熟的纯相位超表面方法。另外，我们强调了方位角光栅产生的“幽灵”轨道角动量阶（类似于刻线光栅中的幽灵阶），其迄今未被广泛研究。我们的工作使高阶涡旋光束及其无限潜力得以广泛采用。