近年来，涡旋光束在光学操作、光学微加工和大容量光通信等领域有着广泛的应用。由于涡旋光应用范围很广，因此测量涡旋光的模式成为一项具有重要意义的研究工作。目前测量涡旋光模式的方法有很多，例如干涉法、衍射法、几何坐标变化法等。虽然硅基探测器在可见光波段具有良好的性能，但是基于InGaAs的近红外探测器存在像素敏度低、噪声大、冷却条件严格等诸多局限性，近红外波段涡旋模式测量还存在一定的挑战。虽然有研究已经通过非线性光子晶体实现了在线检测近红外涡旋模式，但这种方法依赖于光子晶体的结构，非线性过程中存在相位失配且制作流程复杂。因此，开发一种灵活且高效的近红外涡旋光束测量方法是一个十分有意义的工作。

在此，我们通过铌酸锂晶体的非线性频率上转换过程，实现了近红外涡旋模式的高效测量。实验上，将双曲渐变周期纯相位光栅加载到空间光调制器上，然后成像到非线性晶体中，该光栅可以将拉盖尔-高斯模式转换为厄米-高斯模式，同时一束近红外涡旋光入射到非线性介质上。通过观察二次谐波强度分布图中条纹的方向和数量，即可得到涡旋光束的拓扑荷符号和大小。最后，我们测量并计算了二次谐波过程的非线性转换效率。该非线性过程是基于非共线相位匹配实现的，因此具有较高的非线性转换效率。该方法可以方便灵活地测量对涡旋光模式进行测量，在涉及涡旋模式的各种研究中都具有潜在的应用价值。

图1二次谐波强度分布图的实验结果。(a1)-(a8)是基频涡旋光拓扑荷从l=+1到l=+8的二次谐波强度分布测量结果。(b1)-(b8)分别是基频涡旋光拓扑荷从l=-1到l=-8的二次谐波强度分布测量结果。

该成果发表在“Yujia Wu, Haigang Liu, and Xianfeng Chen, Highly efficient detection of near-infrared optical vortex modes with frequency upconversion, Optics Letters, 47(10), 2474-2477 (2022)”。

原文链接： https://doi.org/10.1364/OL.457462