導讀

復振幅測量是光場表征的必要前提，在這項工作中，課題組提出了一種僅用CCD記錄的一幅圖像來表征對稱疊加光學渦旋（SSOV）復振幅的一次測量方法。

一次測量方法基于UPOLabs HDSLM80R液晶空間光調制器搭建實驗裝置，實驗結果如圖所示，在實驗中，該課題組選擇了四個典型的SSOV（一階、低階、高階和徑向節點）來表征復振幅。

一次性測量的實驗結果。（A1-D1）SSOV的干擾強度

主要內容

OV在光學微操作、等離子體激元、旋轉探測、光學通信、引力波探測等領域有廣泛的應用。這里經常使用對稱疊加OV（SSOV）來代替單個組件。在實際應用之前需要表征SSOV中單個分量的復振幅，并測量其模式純度。它是OV的重要質量參考，決定了OV在各種應用中的性能。

測量疊加OV中單組分模式純度的實驗裝置

許多已證明的方法表征和測量SSOV的模式純度，但最通用的方法是將場分解為模式的相干和，每個模式都有特定的振幅加權和相位：即所謂的模式分解。然而，它需要使用SLM逐個掃描多個全息圖來完成測量，測量效率較低。本論文課題組提出的一種僅用CCD記錄的一幅圖像來表征對稱疊加光學渦旋（SSOV）復振幅的一次測量方法，解決了測量效率低等問題，該方法是首次報道的。該方法耗時短，可以在0.24秒內表征SSOV的復振幅，并實現模式純度的測量。由于使用要測量的SSOV的一部分作為參考光，盡管使用了相移技術，但不再需要額外的參考光束進行干涉，這在以前沒有報道過。

一次測量方法包括兩種策略。一種是用于振幅測量的環形提取策略，另一種是針對相位測量的旋轉測量策略。在概念驗證實驗中，對復振幅進行了表征，并很好地測量了模式純度，這種方法具有極好的靈活性，快速性和魯棒性，可應用于各種場合和惡劣條件。

論文簡要介紹了對全息圖進行編碼以生成SSOV的過程，我們對全息圖進行編碼，全息圖可以用于在純相位SLM上實現入射光的復數幅度調制。全息圖的編碼過程如圖所示：

全息圖編碼示意圖

為了通過一次測量獲得SSOV的復振幅，課題組提出了兩種策略。一種是用于振幅測量的環形提取策略，另一種是針對相位測量的旋轉測量策略。環提取策略的示意圖如圖（a1-a4）所示，旋轉測量策略的示意圖如圖（b1-b4）所示。

（a1-a4）環形提取策略和（b1-b4）旋轉測量策略示意圖

從理論上講，在得到四個強度分布結果后，可以反推導出所需的相位。然而，由于三角函數的引入，在實際計算中，所需的相位被包裝成 2π。我們不能通過簡單地除以2來獲得所需的結果，因此，需要相位展開技術。

計算所需相位的示意圖

為論證誤差對測量的影響，課題組從角度誤差、徑向誤差、實驗誤差三個方面進行了實驗論證。

角度誤差實驗結果如圖所示，結果表明它對模型純度的測量結果幾乎沒有影響，這充分證明了該方法的穩健性。實驗結果表明了旋轉測量策略的準確性和魯棒性。

旋轉測量策略（新策略）與相移法（舊方法）在OAM光譜測量中的比較。

徑向誤差實驗結果如圖所示，結果表明它對模型純度的測量結果幾乎沒有影響，這充分證明了該方法的穩健性。

區間d在環形提取策略中引入的徑向誤差

實驗誤差結果如圖所示，結果表明隨著曝光時間的增加，測量的模式純度略有下降。

實驗誤差對結果的影響

三個誤差導致測量的模式純度0.1%至0.01%的偏差，但總體而言，實驗結果表明，自干擾方法具有良好的魯棒性。仔細的對準和優化的誤差分析使我們能夠生成和測量模式純度高達99.99%的單個組件。

審核編輯：湯梓紅