动态操控光学轨道角动量的集成器件(精)/清华大学博士学位论文丛书

本书介绍了电磁场的全 新独立维度——轨道角动量 (OAM)，基于其无限维度的 特性，重点阐述了产生和操 控光学OAM的方法。本书内 容包括硅基集成光学OAM发 射器、表面等离子激元光学 OAM发射器和有限高维光学 态的矩阵变换。硅基集成和 表面等离子激元光学OAM发 射器可分别产生和操控纯态 、叠加态、分数态和阵列态 的光学OAM，而有限高维光 学态则是基于准OAM态进行 构建。这些产生和操控光学 OAM的方法，有望在信息传 输、信息处理和微粒操控等 领域得到应用。 本书可作为半导体、微 纳光学、物理光学和量子力 学等相关专业的参考书，也 可供政府、企业、高校和科 研机构的相关研究人员和管 理人员阅读参考。

提出并实现了 “蛛网型”光学OAM动态发射器；提出并实现了 “齿轮型”光学OAM动态发射器；提出了利用激励光束在传播过程引入的径向相位梯度，来连续调控近场OAM拓扑荷数的方法，并进一步提出了利用金属多边形结构产生和调控OAM阵列态的方法；提出了物理可实现的构成高维封闭空间的 “准角态”概念，基于此概念可以实现系统复杂度与矩阵维度无关的高维矩阵变换。

第1章 绪论 1.1 引言 1.2 利用集成器件产生和动态调控光学轨道角动量 1.3 关键问题分析 1.3.1 关键问题1 1.3.2 关键问题2 1.3.3 关键问题3 1.4 主要内容及创新点 第2章 硅基集成光学轨道角动量发射器 2.1 引言 2.2 基于光学微环产生携带轨道角动量的光束 2.2.1 光学微环的基本特性 2.2.2 利用光学微环产生轨道角动量的基本原理 2.3 硅基集成光学轨道角动量发射器的制备与测试 2.3.1 制备流程 2.3.2 测试系统 2.4 蛛网型光学轨道角动量发射器 2.4.1 基本原理 2.4.2 数值计算和结果分析 2.4.3 动态调控测试结果 2.5 齿轮型光学轨道角动量发射器 2.5.1 基本原理 2.5.2 数值计算和结果分析 2.5.3 动态调控测试结果 2.6 本章小结 第3章 表面等离子激元光学轨道角动量发射器 3.1 引言 3.2 激励携带轨道角动量的表面等离子激元 3.2.1 表面等离子激元的特性 3.2.2 基本原理 3.3 阿基米德螺线型光学轨道角动量发射器 3.3.1 激励轨道角动量纯态的方法 3.3.2 三种激励轨道角动量分数态方法的比较 3.3.3 基本原理 3.3.4 数值计算和结果分析 3.4 多边形型光学轨道角动量发射器 3.4.1 基本原理 3.4.2 数值计算和结果分析 3.5 本章小结 第4章 有限高维光学态的矩阵变换 4.1 引言 4.2 基本原理 4.2.1 基于准角态构建有限高维光学态 4.2.2 高维矩阵变换的实现方案 4.2.3 系统效率 4.3 数值计算和结果分析 4.3.1 广义Pauli矩阵 4.3.2 一些稀疏矩阵 4.3.3 离散傅里叶变换矩阵 4.3.4 结果分析