本文章介绍涡旋光束的特性，涡旋相位板的基本原理。
涡旋光束的基本原理和实现方法简述
与平面波和高斯波不同，涡旋光束的特点是光束相位在光束传播方向上程螺旋上升，其相位分布在柱坐标系中可表达为：
其中z沿光束传播的方向，
和r分别为坐标系的极径和极角，
称为拓扑荷，旋涡光束的光场表达式为：
上两式显示光束在沿传播方向上波前呈现螺旋状，光束围绕一个奇点环绕一周相位改变
如图1中所示。
图1：
=1(左)和
=2(右)的光束波前示意图
涡旋光束会在其相位奇点处有暗点，光束能量分布呈现甜甜圈形状，这种旋涡光束增加了轨道角动量，且随着拓扑荷
的增大而增大，而且拓扑荷
越大，光束能量的环形分布就越强却大，如图2中所示。
图2：不同拓扑荷
的涡旋光束光斑示意图(a~E的
分别为1、4、6、12、13)
通常生成旋涡光束的方法有：螺旋相位板法、空间光调制法、几何模式转换法、全息图法等，一下对其进行简单介绍。
螺旋相位板法：使光束通过具有螺旋相位分布的螺旋相位板，使其被赋予螺旋相位分布，依此方法生成涡旋光束；但因制作工艺的限制实际中使用的螺旋相位板的相位变化多为阶梯型，即阶梯螺旋相位板而非平滑，如图3和图4所示。
图3：阶梯螺旋相位板的相位分布示意图
图4：理想相位分布和阶梯相位分布的螺旋相位板相位分布示意图
螺旋相位板的原理是改变通过其光的光程，并使其上的光程改变量呈螺旋分布，即可使光通过后相位螺旋分布而产生涡旋光束，如图5所示。
图5：螺旋相位板生成涡旋光束示意图
空间光调制法：该方法是通过空间光调制器的液晶面控制反射光的相位分布，通过计算机向空间光调制器输入一个螺旋相位分布的全息图，形成具有螺旋相位分布的全息光栅，光束经过该面反射后即可生成涡旋光束。该方法与螺旋相位板法原理非常相似，只是实现方法不同，螺旋相位板的通过透射光程变化实现，空间光调制器是通过液晶反射控制相位，但都使光束被赋予螺旋相位。全息图法也与前两种相似，只是通过全息片使光束被赋予螺旋相位产生涡旋光束。
利用螺旋相位板法产生涡旋光束能够实现较高的效率转换，并且能够克服空间光调制器的缺点对高功率的激光束进行转换。但一个螺旋相位板只能产生一个固定的拓扑荷的涡旋光束，而空间光调制器则更灵活，可根据需求调整。此外，加工技术上高质量的螺旋相位板加工困难，成本较高，但在应用中更为紧凑方便。
相关文献：
[1]陈志婷. 涡旋光束的特性研究. Diss. 燕山大学, 2013.
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