涡旋光束

涡旋光束（vortex beam），工学-光学工程-激光器与激光技术-横模-矢量光束，具有相位不确定的奇点，且光场相位围绕该奇点沿光束传播方向呈连续螺旋分布的光束。涡旋光束的特征是其函数表达式中含有与角度θ相关的相位因子exp(imθ)，例如，螺旋拉盖尔-高斯光束是典型的涡旋光束，其表达式为：式中为螺旋绕数（又称拓扑荷）；为缔合拉盖尔多项式；为高斯光束在空间传播到距离时的等相位面曲率半径；为附加相位因子。涡旋光束具有柱对称的传播特性，其波前绕柱对称轴旋转传播，呈旋涡状。由于在对称轴上（处）光场相位不确定，光场的实部和虚部均为0，因此光束中心为暗斑，形成环状黑心光束（见图）。螺旋拉盖尔-高斯光束的二维强度分布示意图与普通光束相比，涡旋光束不仅具有与偏振特性相关的自旋角动量，光束中的每个光子还携带有lℏ的轨道角动量。涡旋光束中的每个光子携带的轨道角动量可以传递给粒子，驱动粒子旋转，从而实现对粒子的旋转、俘获、平移等操作，也可以应用于信息编码解码等方面。涡旋光束的产生方法主要包括基于柱透镜的模式转换器、全息叉形光栅、螺旋相位片、衍射光学元件和空间光调制器等（参见高阶横模产生技术）。