北航新闻网7月2日电（通讯员 王俊杰）近日，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院张蓓课题组首次从光子轨道角动量（OAM）的视角，系统阐明了涡旋偏振测量技术的物理本质。研究揭示了该技术背后的两个底层物理机制：其一，涡旋延迟偏振片实现光子自旋角动量（SAM）与轨道角动量（OAM）之间的相互转换；其二，光子轨道角动量（OAM）的自耦合共路干涉。基于上述机理，课题组定义了“涡旋偏振测量”（Vortex Polarimetry），并构建了该技术的通用物理框架。相关成果发表于光电领域经典期刊《Optics Letters》。

图1.涡旋偏振测量的通用物理机制：SAM–OAM转换与OAM自耦合共路干涉

图2.基于涡旋双折射测量验证Vortex polarimetry物理机理

近年来，涡旋偏振测量技术凭借无机械旋转、瞬态测量、易于小型化集成的优势，成为该领域主流发展方向。但是该技术的物理机理一直不明确，底层物理机理一直沿用传统的旋转概念，各涡旋偏振测量方案零散孤立。针对该问题，课题组首次阐明了：

通用物理机理：该技术的核心过程是轨道角动量通道的自耦合共路干涉。利用涡旋波片自带的自旋-轨道角动量（SAM-OAM）转换特性，在单光束内生成多路相互正交的轨道角动量通道；待测偏振信息耦合进这些通道；经过检偏器后，各通道发生共路干涉，形成特征图案；通过傅里叶谐波解调即可从图案中提取偏振信息。

通用测量框架：基于该机理，课题组提出了涡旋偏振测量的通用物理框架。该框架的关键参数是轨道角动量通道的数量，由涡旋延迟片的阶数决定。通过改变涡旋延迟片的阶数，无需重新设计光路，即可覆盖从线偏、椭偏、双折射效应、全斯托克斯Stokes参数到完整Mueller矩阵的各类偏振信息测量。

无需参考臂的干涉仪：此前因物理机制不清，该技术常需引入外部参考光路，导致系统繁琐、调整困难。实际上涡旋偏振自带干涉能力，本身就是一个不需要外部参考臂的“自耦合共路干涉仪”，无需额外干涉装置，即可实现干涉信息测量。

除了此次的涡旋偏振通用机理阐述，课题组已经实现了偏振方向、椭圆偏振光、全Stokes、双折射、多光谱偏振测量、以及器件表征等多项涡旋测量技术，相关论文发表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》《Optics Letters》《Optics and Lasers in Engineering》《Measurement》等期刊。上述实验数据在线公开，软件exe/SDK演示版可联系课题组获取。

课题组正在搭建“新兴光电检测技术”共享仪器平台，聚焦共聚焦显微、等离激元传感、镜头测试、偏振传感与导航、偏振测量（椭偏/双折射/斯托克斯/穆勒/多光谱）等方向的技术与仪器研发、数据测试。

同时，课题组正在建设“新兴光电检测技术”仿真平台，涵盖线下与线上两种模式。该平台集成上述相关技术与仪器的所有仿真与处理代码，用户可直接进行相关技术的仿真、计算与信息处理。此外，平台还集成了图像指标计算与评价功能，适用于生物医学、自动驾驶、影像等领域。

（审核：郑征）

编辑：贾爱平