光束偏移对轨道角动量信息传输系统影响.doc

光束偏移对轨道角动量信息传输系统影响(可编辑)第*&卷第$期%##$年$月物理学报M92*&,L9$,J?N/5O,%##$()"###+%$#D%##$D*&#$D@%#%#&;EF;GHIJKE;JKLKE;%##$EP1GP6QJ93!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!光束偏移对轨道角动量信息传输系统的影响!黎芳江月松唐华王海洋(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京)"##"$"(%##&年"%月%’日收到;%##$年%月%#日收到修改稿)研究了拉盖尔高斯光束轨道角动量信息传输系统在未对准时轨道角动量谱的变化采用数学推导和数值仿真的方法,得到在任意传播距离处,接收系统轴与光轴分别出现横向偏移、角向倾斜,以及两者同时存在时光束的表达式,并分析和比较了几种情况下螺旋谱的变化特征研究表明,两种偏移量的增加会增加螺旋谱的弥散,而弥散现象与两者偏移方向无关在传输起点,横向偏移和角向倾斜均会引起螺旋谱的对称弥散然而,随着传输距离的增加,横向偏移时螺旋谱的弥散程度逐渐减小,而角向倾斜时螺旋谱弥散程度逐渐增加角向倾斜时螺旋谱始终保持对称分布,而横向偏移引起的弥散螺旋谱呈非对称分布,且经过一定距离后得到稳定的螺旋谱分布当两者同时存在时,光束螺旋谱的弥散程度随着距离的增加逐渐增加到一个最大值,之后平缓地下降并进一步得出了横向偏移与角向倾斜对弥散度的影响是不独立的关键词:拉盖尔高斯光束,螺旋谱,横向偏移,角向倾斜:,!"##’%%*’%+#,阶对应的光束轨道角动量数不同当编码时,通过调节相息图的叉数,使通过其的光束具有不同的轨道引言":角动量数"而解码时,当!A"的光束从中心垂1"$$%年,;22等人发现带有相位因子直照射相息图时,各衍射阶的轨道角动量数都会增()的光束中每个光子具有的轨道角动1!!加,而与数值相同,符号相反的位置由于轨道角!"""[]"量,此后光束的轨道角动量得到极大的关注与重动量抵消,在强度样式图中会出现亮点,测出此亮点视目前光束轨道角动量已经在光学微操纵、生物医的位置就能得出信息的轨道角动量值当接收系统[%?@]学、量子信息编码、光学信息传输等领域得到了与光束出现未对准情况时,会引起被接收光束的螺广泛的应用相位因子的存在使得光束具有螺旋波旋谱弥散,从而在相息图中出现多个亮点,无法解码前结构且中心强度为零,因此具有轨道角动量的光出发射的轨道角动量因此,对于系统未对准时光束束又被称为螺旋光束或暗中芯光束,相位因子则被螺旋谱的研究在轨道角动量信息传输中具有重要的称为螺旋谐波函数当将光束展开成螺旋谐波函数应用前景()的线性叠加时,便形成轨道角动量谱,也称1!目前,国际上对未对准情况下轨道角动量信息![]-为螺旋谱传输的研究较少高斯光束及拉盖尔高斯()光BC从理论上来说轨道角动量数(或称拓扑荷)!束与系统接收机发生横向偏移和角向倾斜时光束螺[&]为任意整数,可以构成无穷维希尔伯特空间,这就旋谱的分布由文献[]给出文献[]给出了描述光$"#奠定了将光束轨道角动量应用于信息传输与处理领束的角向倾斜和横向偏移的螺旋谱的量子符号,并域的物理基础在文献[]中提出利用轨道角动量进@由光束轨道角动量谱和光束旋转算符的平均值的共行自由空间信息传输的方案,光束的拓扑荷直接表轭关系推导出光束的表达式但是以上研究都是针示所需传送的信息,此方案不但可以提高通信系统对光束在#A#时的情况,而没有涉及光束在传播一的容量,还可以增强其安全性利用叉状相息图对信段距离后,与接收机出现角向倾斜和横向偏移时的息进行编码与解码,光束照射相息图后,不同的衍射螺旋谱的改变情况本文对此进行了深入地研究,主国家自然科学基金(批准号:’#*-"#$-)资助的课题!!./012:34556540078/01239/D"****@E期黎芳等:光束偏移对轨道角动量信息传输系统的影响要有光束在任意传播距离处,接收机与光束未对准时被接收光束的螺旋谱的变化情况,得到未对准参数的增加会使螺旋谱的弥散现象更明显,然而随着传输距离的增加,针对不同的未对准条件,螺旋谱的变化情况会有所不同!根据所得研究成果,我们还提出一种对信息传输系统校准的方法!螺旋谱的定义"#螺旋光束中一个最典型的例子是拉盖尔$高斯[]%!光束,简记为&’光束!其电场表达式为""+*#,"%$%,,#$%&%-./![][+]图%&’光束的螺旋谱分布"*%’%*!";;$1"$!""-./2!"0[][]/"!**,(@)+**’%’%""*+;*+;?%+%其中*为螺旋谱分布的平均值!对于一束对准的&’0-./[2""!%345%*光,0*!当螺旋谱发生弥散时,0A*,而且弥散程"$%度越大,值越大,()0!+%"]’%%*"其中,()%6