科学技术创新2023.04涡旋光束对二维振幅光栅的衍射袁哲，周素梅*（西南大学物理科学与技术学院,重庆）引言近年来，对涡旋光束的研究已成为众多学者关注的热门课题之一。涡旋光束是一种具有螺旋结构并带有螺旋相位因子的光束。1992年Allen[1]等人首次计算、测量出涡旋光束的轨道角动量（OrbitalAngularMomentum,OAM），揭示了涡旋光束中的每个光子都带有相同的轨道角动量，其中为普朗克常数，l（其正负代表涡旋光束的旋转方向）为拓扑荷数（Topolog-icalCharge,TC）。螺旋相位因子决定涡旋光束的相位分布，为方位角，光束绕光轴旋转一周相位改变。产生涡旋光束的方法有很多，如螺旋相位板法、计算全息法或着使用q板、光纤等。因涡旋光具有OAM和存在相位奇点的特性，目前涡旋光被广泛应用于光镊[2-3]、光学微操控[4]、量子计算[5-6]、光学通信等领域。随着对涡旋光束的深入研究，涡旋光束的衍射现象也引起越来越多人关注。2009年MORENOI[7]设计了一种特殊涡旋传感衍射光栅，可以在不同的衍射阶数下产生多个涡旋图案；2015年DaiKunjian[8]用渐变周期光栅测量光束的OAM。涡旋光束通过光栅衍射后根据TC的不同将呈现不同的光场分布，目前为止常用的衍射方法有光栅衍射法、孔径衍射法等。本文选用方形孔径平面微透镜阵列来对涡旋光束的衍射现象进行数值模拟和实验研究。拉盖尔高斯光束（Laguerre-Gaussian,LG）是一种常见且典型的涡旋光束，本文采用LG光束对涡旋光束入射二维振幅光栅后的光场分布进行了模拟仿真和实验研究。本文对涡旋光束入射二维振幅光栅后的光场分布的研究是一种有前景的产生阵列涡旋光束的方法。1涡旋光束衍射理论二维理想振幅光栅的透射函数可表示为：(1)其中，rect为矩形函数，两个矩形函数相乘表示二维矩形函数，comb为梳状函数，两个梳状函数相乘表示二维梳状函数，表示卷积运算。a为单个方形孔径的边长，d为两相邻孔径的中心间距，也称光栅常数、光栅周期。图1为a=d=150um的二维振幅光栅。作者简介：袁哲（1996-），女，硕士研究生，主要从事微小光学方面的研究。通讯作者：周素梅（1976-），女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事微光学及其应用方面的研究。摘要:从菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式出发，从模拟和实验两方面探究了涡旋光束入射二维振幅光栅后的光场分布，分析了光栅的衍射周期和涡旋光束的拓扑荷数对光场的影响。数值模拟发现，衍射光场的强度会随着x轴和y轴逐级减弱。改变光栅的周期，对衍射级的间距产生影响，...
