完美光学涡旋(POV)光束的实验研究

完美光学涡旋（POV）光束因其具有与轨道角动量无关的径向轮廓而引起广泛关注。迄今为止，它通常是通过透镜在贝塞尔光束上执行的傅里叶变换获得的。该论文从理论和实验上证明了可以通过对具有高阶径向折射率的拉盖尔-高斯光束进行傅里叶变换来产生POV。此外，还推导了涡旋半径增加的解析表达式，该表达式有利于补偿实际实验中半径变化的影响。该研究结果可能为利用POV的各种研究提供新的思路。

涡旋光束在光学操纵和信息处理中具有广泛的应用，需要注意的是，传统涡旋光束的环半径随着TC的增加而扩大，导致将具有不同TC的涡旋光束耦合成固定半径光纤的严重困难。为了克服这一困难，提出了完美光学涡旋（POV）的概念。这种类型的涡旋光束具有一定的涡旋半径，与TC无关。迄今为止，已经做了许多伟大的工作来研究POV的机理和应用。其中，POV的产生长期以来一直是一个非常有趣的问题。

时至今日，生成POV的方法有很多种，包括使用空间光调制器、衍射元件、几何相位、超表面等。然而，几乎所有的方法基本上都起源于贝塞尔光束的傅里叶变换，涉及大量自由空间笨重的反射或折射器件。相比之下，（LG）光束更容易制备，并且具有更稳定的传播特性。因此，利用LG光束产生POV具有重要意义，具有广阔的应用前景和研究潜力。该论文从理论和实验上证明了通过对具有高阶径向折射率的LG光束进行傅里叶变换可以产生POV。研究结果可以在各个领域找到重要的应用，包括光镊、光学成像和光学转速计。该论文通过以下理论模型进行了实验验证，该实验装置使用的空间光调制器为UPOlabs的HDSLM80R。

实验验证理论模型

理论模拟和实验的结果下图所示。从直观上可以看出，实验结果与理论一致，即生成的光束轮廓具有POV的环形性质，环半径几乎不随TC的增加而扩大。

通过对具有高阶径向折射率的LG光束进行傅里叶变换，生成完美的涡旋光束

审核编辑：汤梓红