光(guang)(guang)(guang)(guang)學旋(xuan)(xuan)渦是一(yi)種(zhong)具(ju)(ju)有螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)位(wei)結構和確定(ding)軌(gui)道角動(dong)(dong)量的(de)(de)(de)特殊光(guang)(guang)(guang)(guang)場，已(yi)經被廣泛應用在很多領域，如光(guang)(guang)(guang)(guang)鑷、粒子操控、量子信息(xi)傳輸等領域。螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)位(wei)板則是獲得渦旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)(guang)(guang)簡(jian)單、直接的(de)(de)(de)方(fang)法，通過該器件的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束可以很方(fang)便地轉換為(wei)具(ju)(ju)有不(bu)同空心(xin)(xin)暗環大小以及不(bu)同旋(xuan)(xuan)向的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束。渦旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)(guang)(guang)束的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)波(bo)前呈螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)形分(fen)布，波(bo)矢量具(ju)(ju)有方(fang)位(wei)項(xiang)，傳輸的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束具(ju)(ju)有軌(gui)道角動(dong)(dong)量，繞著(zhu)渦旋(xuan)(xuan)中(zhong)心(xin)(xin)旋(xuan)(xuan)轉。在這(zhe)個螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)位(wei)的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)，相(xiang)位(wei)是不(bu)確定(ding)的(de)(de)(de)，場振幅(fu)也消失(shi)了，因此(ci)渦旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)形成了明顯可見的(de)(de)(de)暗環，中(zhong)心(xin)(xin)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)為(wei)零，且在傳播過程(cheng)中(zhong)也持(chi)續保持(chi)中(zhong)心(xin)(xin)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)為(wei)零。

 螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)板（SPP）是一種光(guang)學厚度與旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)方(fang)位(wei)(wei)(wei)角(jiao)成(cheng)正比的(de)(de)純相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)型(xing)衍(yan)射(she)(she)光(guang)學元件，螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)板呈螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)狀分布，入(ru)射(she)(she)光(guang)通(tong)過SPP后出射(she)(she)的(de)(de)光(guang)具有(you)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)波(bo)前，中心具有(you)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)奇(qi)點，場(chang)強(qiang)為零。理想的(de)(de)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)板的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)改變是連(lian)續的(de)(de)，高(gao)度隨著旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)角(jiao)度θ的(de)(de)增加(jia)(jia)而線性增加(jia)(jia)。但由于(yu)工藝技術限(xian)制(zhi)，實際的(de)(de)SPP是階(jie)梯型(xing)的(de)(de)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)改變不再連(lian)續，厚度的(de)(de)線性增加(jia)(jia)是階(jie)梯狀的(de)(de)。如下圖所示(shi)，類似于(yu)一個(ge)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)臺(tai)(tai)階(jie)，臺(tai)(tai)階(jie)高(gao)度為h，臺(tai)(tai)階(jie)高(gao)度為h0，入(ru)射(she)(she)光(guang)通(tong)過SPP產生的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)延(yan)遲為：

軌道(dao)角(jiao)動量（OAM）的(de)特征值，又稱(cheng)拓(tuo)撲荷數m，可取任(ren)意整數，表示光(guang)學旋渦(wo)繞軸一圈其相位變(bian)化為2π的(de)整數倍。其表達式為：

式中：n—SPP的(de)折射(she)率，n0—周(zhou)圍介質的(de)折射(she)率，λ—入(ru)射(she)波(bo)波(bo)長，h—臺(tai)階厚(hou)度，h0—SPP的(de)基底厚(hou)度，SPP厚(hou)度h = h0+ h(θ/2π)。

當一束(shu)平面(mian)波通過SPP之后(hou)，將(jiang)會形成如(ru)下圖所示的(de)渦旋光束(shu)，在固定的(de)接收平面(mian)，可以觀察到明顯的(de)中(zhong)心暗環，暗環半(ban)徑與(yu)SPP的(de)拓撲荷數m相關，如(ru)下圖示例。

利用SPP獲(huo)得(de)的(de)(de)渦旋(xuan)光束，傳輸距(ju)離(li)不同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)時候中心(xin)暗環(huan)會隨之增大，同(tong)(tong)(tong)時，通過在(zai)光路中采用不同(tong)(tong)(tong)拓撲(pu)荷數的(de)(de)SPP也(ye)可(ke)(ke)以獲(huo)得(de)不同(tong)(tong)(tong)尺寸的(de)(de)暗環(huan)大小(xiao)，另外(wai)，將不同(tong)(tong)(tong)拓撲(pu)荷數的(de)(de)SPP疊加也(ye)可(ke)(ke)以實(shi)現這一(yi)目的(de)(de)。正是利用這一(yi)特點，當(dang)我們(men)可(ke)(ke)以隨時掌控具有軌道角動(dong)量的(de)(de)渦旋(xuan)光束的(de)(de)暗環(huan)直徑時，其在(zai)光鑷系統(tong)中對(dui)各種外(wai)徑微粒進行精密操(cao)控具有重(zhong)大意義。

此外，在無線光(guang)(guang)通(tong)信(xin)中，攜帶軌道角動量(Orbital Angular Momentum, OAM)的(de)(de)渦(wo)旋(xuan)光(guang)(guang)束(shu)以(yi)一種新(xin)的(de)(de)復(fu)(fu)用(yong)(yong)方(fang)式(shi)出現，與時(shi)分(fen)復(fu)(fu)用(yong)(yong)、碼分(fen)復(fu)(fu)用(yong)(yong)、頻分(fen)復(fu)(fu)用(yong)(yong)等復(fu)(fu)用(yong)(yong)方(fang)式(shi)類似，為解決復(fu)(fu)用(yong)(yong)通(tong)信(xin)中速率和信(xin)道容量問題提供一種手段。如(ru)下圖所示，這(zhe)也是渦(wo)旋(xuan)光(guang)(guang)束(shu)的(de)(de)一個非常有意義的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)方(fang)向。

（來源(yuan)：網絡(luo)，版權(quan)歸原作者(zhe)，若(ruo)有侵(qin)權(quan)請聯系(xi)刪除）