2013年，Ostrovsky等^［1］利用空间光调制器（SLM）加载独特的相位掩模板，在远场得到了一种光场亮环半径不随拓扑荷值增大而改变的新型光束，并称之为完美涡旋光束。完美涡旋的出现迅速引起了广泛关注，关于涡旋光束的产生方法、调控及应用的研究报道不断涌现。理论上，完美涡旋光是由贝塞尔光束的傅里叶变换得到。因此，要产生完美涡旋光，首先需要得到贝塞尔光束，然后通过光学衍射元件或锥透镜透镜聚焦贝塞尔光束，最后在透镜的焦平面上得到完美涡旋光。但是使用光学衍射元件所产生的完美涡旋的衍射环严重，并且能量效率低、光环较宽。

我们实验中采用位错光栅叠加轴锥透镜来生成完美涡旋。卢荣德等人^[2]基于数字微镜阵列（DMD）利用二值振幅调制和窄高斯近似生成了拓扑荷值高达90的完美涡旋光束，进一步推动了完美涡旋光束的实用化。Chaitanya等^［3］将完美涡旋的概念引入到超快激光领域利用非线性晶体生成了飞秒完美涡旋光场。高春清等人提出了一种偏振完美涡旋光场产生技术^［4］；研究后发现，偏振完美涡旋的半径易受透镜焦距及轴棱锥参数的影响，但对偏振度不敏感。同年，Banerji等^［5］将完美涡旋概念拓展到量子光学领域，提出了完美量子光学涡旋，其在量子信息处理及通信方面的应用具有巨大潜力。文双春组课题组提出了一种基于Pancharatnam Berry 相位元件的完美涡旋的产生方法^［6］，该方法可用一套实验装置产生完美涡旋或矢量完美涡旋，这为构建紧凑型光通信及微粒操纵系统提供了新的技术手段。

拓扑荷对完美涡旋的环半径没有影响，但是可以通过锥镜的透过函数来控制环半径，其表达式为

式中，ａ是锥角，R₀是锥镜半径，p是极坐标。

大多数的传统涡旋光束拓扑荷值测量方法要求涡旋光束具有一定的稳定传输特性，而完美涡旋光束多在SLM的傅里叶平面上产生，因此会导致传统测量方法难以对完美涡旋光束的拓扑荷值进行测量。任斐斐等人提出了一种同轴干涉测定方法，其基本思路是利用一个空间光调制器同时调制产生完美涡旋光与球面波，调制球面波的发散角使两者发生干涉，利用干涉条纹数来实现拓扑荷数的直接快速测定^[7]。

利用MAGICHOLO光场调控软件得到的完美涡旋如下图所示，结果显示涡旋半径随着轴锥角的增大而增大，而拓扑荷的改变对涡旋半径的影响较小。

参考文献：

1.Ostrovsky A S ,Rickenstorff Parrao C ,Arrizn V .Generation of the perfect optical vortex using a liquid-crystal spatial light modulator.[J].Optics Letters,2013,38(4):534-536

2.Chen Y , Fang ZX ,Ren YX, etal . Generation and characterization of a perfect vortex beam with a large topological charge through a digital micromirror device.[J].Applied Optics,2015,54(27):8030-8035

3.Chaitanya N A ,Jabir M V ,Samanta G K. Efficient nonlinear generation of high power, higher order ,ultrafast perfect vortices in green .[J]. Optics Letters,2016,41(7):1348-1351

4.Fu S ,Wang T ,Gao C .Generating perfect polarization vortices through encoding liquid-crystal display devices.[J]. Applied Optics,2016,55(23):6501-6505

5.Banerji A ,Singh R P ,Banerjee D ,etal .Generating a perfect quantum optical vortex.[J].Physical Review A ,2016,94(5):053838

6.Liu Y ,Ke Y ,Zhou J , etal. Generation of perfect vortex and vector beams based on Pancharatnam-Berry phase elements.[J].Scientific Reports,2017,7:44096

7.任斐斐.完美涡旋拓扑荷的原位测定.[J]光子学报，2019，48（7）