近日，中山大学陈钰杰课题组在涡旋光模式解复用研究取得新突破。能量、动量和角动量是光子的基本属性，其中光子角动量包括自旋角动量和轨道角动量（Orbital angular momentum，OAM），分别与光的偏振态和光相位的空间分布相联系。涡旋光束是人们发现的一类携带OAM的结构光场，其典型特征是具有沿着角向线性变化的螺旋相位。不同OAM模式在空间上相互正交，构成一个理论上具有无限维度的态空间，通过将不同OAM模式作为独立的信道进行信号传输或者编码可以大幅提升通信系统的传输容量，因而在光子信息领域如传统光通信和量子通信等具有极大的应用价值。

OAM解复用器是OAM通信系统中的核心器件之一，其功能是对共轴传输的不同OAM模式在空间上实现有效的分离，使得不同模式携带的信息可以互不干扰地被处理和探测。本项工作从理论和实验上证明了存在一种更为普适的光学变换（即螺旋变换）可以应用于OAM解复用，与现有的对数极坐标变换不同，它是沿着如图所示的螺旋线而非封闭的圆形路径对光场的波前进行分解并展开成一条直线，实现OAM模式向倾斜平面波模式的转换，进而在透镜的傅里叶面将不同模式分开。由于沿着螺旋线的路径可以从OAM光场的波前提取更多相位信息，因而这一新的螺旋变换在OAM模式测量上具有更高的分辨率，有效地克服了原有变换中固有的相邻解调模式在空间上部分重叠带来的串扰问题。

图1 (a)对数极坐标变换示意图，(b)螺旋变换示意图

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