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研究论文 | 随机波动与遮挡下涡旋光束的轨道角动量实时测量

《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版(SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, SCPMA)出版苏州大学赵承良和卢兴园、上海理工大学詹其文和山东师范大学蔡阳健团队合作研究成果，文章题为“Single-shot phase retrieval for randomly fluctuated and obstructed vortex beams”，于2024年第67卷第4期刊出。
具有轨道角动量的涡旋光束在增加光通信信息容量方面起着至关重要的作用，轨道角动量的大小决定了信息编码的能力。在实际应用中，涡旋光束在自由空间传播过程中可能遇到随机障碍物或大气湍流，从而造成信息的损伤。因此，精确测量随机波动和遮挡的涡旋光束的轨道角动量是一个巨大的挑战。本文结合相移定理与自参考全息技术，提出了一种用于随机波动和遮挡的涡旋光束的单次相位恢复方法。实验结果表明，根据初始轨道角动量与观测平面上相干奇点之间的定量关系，可以同时确定初始轨道角动量的符号和大小。该方法可以解决随机遮挡和大气湍流对涡旋光束的影响并且显著提高了非理想自由空间光通信中轨道角动量信息的解码精度。
研究论文 | 随机波动与遮挡下涡旋光束的轨道角动量实时测量
研究论文 | 随机波动与遮挡下涡旋光束的轨道角动量实时测量

创新要点： 

1.基于单张衍射图的快速相位恢复方法。提出了一种基于单次拍摄和自参考全息的快速相位恢复方法，利用该方法可以同时获得三种不同扰动的衍射强度信息，从而实现涡旋光束相位的快速恢复。

2.非理想涡旋光束轨道角动量的精确测量。基于该方法可恢复被遮挡的部分相干涡旋光束相干信息及相干奇点，可以同时实现涡旋光束轨道角动量的大小和符号的精确测量。

3.具有更强的抗随机扰动和遮挡的特性。单次相位恢复方法提供了更高的测量容错能力，可以对200℃和300℃热湍流环境中被障碍物阻挡的涡旋光束的相位进行快速且精确的测量，为非完美环境下的自由空间光通信中的精确信息解码提供了一个解决方案。

原文信息：

H. Zhang, J. Zhu, X. Lu, Z. Hu, J. Gao, K. Liu, Q. Zhan, Y. Cai, and C. Zhao, Single-shot phase retrieval for randomly fluctuated and obstructed vortex beams, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 67, 244211 (2024), https://doi.org/10.1007/s11433-023-2290-8

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