背景✦涡旋现象在生活中时有见到，例如排水时出现的浴缸涡、轮船行进中脱离的尾涡、龙卷风、台风以及海洋环流等都是涡旋。涡旋光（携带轨道角动量，OAM）最初主要被发现和应用是在光学领域，即产生涡旋光子和涡旋光束。1989年，Coullet等人首次提出了涡旋光束的概念。1922年，L.Allen等人理论证实了涡旋光束中存在OAM，将这一领域推向了世界最前沿。相比于传统的单环涡旋光，复合涡旋光（COV）是由多个涡旋光组合而成的复合光场，因此有着更为复杂且多样化的性质，由此可以在不同的领域进行更为多元化的应用潜力。例如，在进行微粒操纵时，复合涡旋光由于可以产生携带不同轨道角动量的光束，可以对微粒进行更为复杂的操纵；在进行光通信时，复合涡旋光可以在同一光路中传递更多的信息，这对于继续拓展光通信的容量有着重大意义。作为现今主流的调控光场的方式之一，空间光调制器由于其易于操作并且能产生较好的成像效果被广泛的应用于各大领域，而使用空间光调制器产生涡旋光在光通信和微粒操纵方面都有着广阔的应用前景。摘要✦光学涡旋是一种具有螺旋相位波前，带有轨道角动量（OAM），能够携带不同拓扑电荷数的光束。涡旋光束研究的最新进展彻底改变了光束的应用，如先进的光学操作、大容量光通信和超分辨率成像。毫无疑问，涡旋光束的产生和检测方法对于涡旋光束的应用至关重要。产生原理✦基于空间光的生成方法主要有螺旋相位板法、空间光调制法、全息光栅法、柱透镜法等。其中，空间光调制器是一种可以对光波的幅度、相位、偏振态等物理信息中的一部分或者全部实现空间调制的光电器件。利用液晶的电光效应，可以实现空间光调制器对入射光波的振幅和相位调制，使得光波实现波前变换。利用空间光调制器既可以加载全息图形成涡旋光，也可以选择将螺旋相位板的相位信息输入。不同拓扑荷数对应的涡旋光束（图片来源于内部测量）实验实现✦在本实验中，选择使用的激光器为氦氖激光器，波长为632.8nm。实验光路图如下图所示。激光器首先通过准直扩束系统，形成大幅面的近平顶光场，之后通过一个偏振片后到达空间光调制器前，在紧贴空间光调制器的位置放置遮光片。在经过遮光片的光强调制后，激光到达空间光调制器。经过相位调制后，激光被反射到另一偏振片处，在此偏振片后可以观察到实验结果，此处由于空间光调制器的成像面积为15.36mm×8.64mm，远大于CCD的图像接收面积，故在CCD通过4f系统进行图像的接收。实验装置本实验中使用的空间光调制器为我司的FSLM-2K70-VIS，其主要参数如下：实验结果✦（a）-（d）展示了当拓扑荷数分别为2,5，-5,10时产生的光强分布。图（a）（b）展示了两个环宽相同但是中心不透明的半径不同的环状螺旋相位板（ASPP）遮光片。两者的r1，r2分别为1.2mm,2.4mm；2.4mm,3.6mm。图（c）（d）为将空间光调制器的拓扑荷数设置为2，并将不同的遮光片置于空间光调制器前得到的图像。图（e）（f）为将拓扑荷数设置为10后观察到的图像。图（a）为复合涡旋光生成装置遮光片。图（b）为内外拓扑荷数分别为1和3时产生的光强分布。图（c）为拓扑荷数不变，去掉不透明条带后的光强分布。图（d）为拓扑荷数不变，条带换为透明后的光强分布。图（e）和（f）分别为内外拓扑荷数为5,1；20,1时产生的光强分布。结语✦通过将遮光片和相位型空间光调制器结合实现了对光强与相位的调制，并通过实验验证了复合涡旋光生成装置产生COV的能力及其特点，同时也验证了螺旋相位版（SPP），环状螺旋相位板（ASPP）生成涡旋光时的特点。本文中所设计的复合涡旋光生成装置，可以依使用需求形成任意数量共心圆环。这种复合涡旋光将在光通信和微粒操纵等领域有着广泛的应用前景。参考文献：1.刘晓轩.产生共轴复合涡旋光的螺旋相位板设计研究[D].广东工业大学,2022.