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近年来,人们对光束角动量研究的关注越来越多。光束的角动量可以分为自旋角动量和轨道角动量;其中自旋角动量与光束的偏振状态有关,圆偏振光具有自旋角动量,而线偏振光的自旋角动量为零;光束的轨道角动量与光束的空间位相有关。一般来说,具有轨道角动量的光束有两类,一类是空心光束,包括拉盖尔-高斯光束和高阶贝塞尔光束,这两种光束的表达式中含有exp(ilφ)的位相分布,因此具有的轨道角动量为l(h);这类光束的轨道角动量往往较低。另一类就是像散光束,是由椭圆光束经过柱面透镜发生像散而得到;这类光束的轨道角动量往往较高,平均每个光子的轨道角动量有上万个(h);所以这类光束具有对微粒更大的旋转能力,更高的实用性,可以用于冷原子的操纵,蛋白质分子的旋转,细胞微粒的控制等。因此,系统、定量研究这一类光束的轨道角动量具有重要的学术意义和应用价值。
本文研究的对象是像散光束,实验的目的是测量像散光束的轨道角动量。本实验使用了常用的仪器和直观的方法实现了对像散光束每个光子平均轨道角动量的测量。最后实验测得每个光子的平均轨道角动量为153,577(h),与理论计算的量级105(h)壳完全吻合。
我们的方法简单,物理图象清晰,测量简便易行,不失为一种新型的精确测量像散光束轨道角动量的好方法。