经过Rayleigh-Benard流的角动量分筛

张春旭，朱笑生，曹惠宁，任天荣，辛 煜

（1.南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京 210094；2.上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

利用轨道角动量在空间中进行编码通信，不仅具有抗电磁干扰、高安全性的特点［1］，还可以大幅提高系统的传输速度，已广泛应用于楼宇间通信网络、卫星地面通信网络、军事安全和临时通信网络等［2］。光束角动量的清晰表达是由Poynting 提出的，他使用了一个机械形式的类比来解释圆偏振光束带有角动量，当光的角频率为ω时，角动量和能量的比为l/ω（l为拓扑荷）。1930年，Beth 在实验中发现，光的角动量可以使个别物理对象产生旋转，此后人们意识到光角动量分为自旋角动量和轨道角动量。1992年，Allen 提出，使用相位截面exp(ilθ)（其中：i 为虚数单位；θ为周向角度）来描述的螺旋相位波前光束可携带特定的轨道角动量［3］。

单一模式的轨道角动量光束经过散射光场后，对其他模式产生串扰，变为多个轨道角动量模式的叠加态。对叠加态中的各个模式成分进行定量分析检测，对研究散射光场的特性具有重大意义。之前多位学者提出了多种轨道角动量的检测方法，其中最常用的方法是利用马赫-曾德干涉仪使涡旋光束与平面波、球面波或其他光束进行干涉［4-6］，虽然马赫-曾德干涉仪可以有效地对多个轨道角动量同时进行检测，但随着被检测模式数的增加，干涉系统会变得十分复杂。除此之外，光学坐标变换法［6］，光栅法［7］、光阑衍射法［8］也被多位学者研究。……