涡旋光束是一种包含独特相位结构和新颖拓扑特性的特殊光场，在波前相位中含有与方位角相关的连续螺旋状相位因子，奇点处强度为零且呈暗斑分布。由于多个携带轨道角动量(Orbita Angular Momentun，0AM)的涡旋光束叠加产生的复合光场中包含不同取值的拓扑荷数和多样化的相位分布，能够传输多路信号提高通信容量，并具有保密性，使其不仅在微观粒子捕获和操控，光学扳手，光学镊子等方面有着广泛的研究，在通信编码和信息传输处理等方面也有着诱人的前景，因此，对涡旋光束叠加产生的形态及演变规律的探索有着重要的理论和应用价值。
利用径向指数相同、拓扑电荷数互为相反数的两束高阶径向拉盖尔-高斯光束共轴叠加，产生了一种新型的复合涡旋光束。
2021年中国海洋大学的肖芽教授借助中智科仪自主研发逐光IsCMOS像增强相机对基于单次强度分布测量两种拉盖尔高斯光束叠加态的识别成像（文章：《Accurately quantifying the superposition state of two different Laguerre–Gaussian modes with single intensity distribution measurement》，该文章已发布在 Quantum Information Processing 杂志 ）。下图演示了拉盖尔高斯模式叠加态的产生和测量过程。
一束405nm的激光（TopticaDLCpro）通过焦距为f1=75mm的透镜聚焦在一个15mm长的II型周期极化KTiPO4（PPKTP）晶体上进行自发参量下转换（SPDC）。当晶体的温度设置为31±0.01℃时，将产生一对中心波长为810nm的光子。下转换后的光子对通过另一个焦距为f2=75mm透镜进行准直后，由中心波长为810nm，带宽为3nm的干涉滤光片（LL01-810，Semrock）滤除泵浦光和其它杂散光。在我们的实验中，泵浦光的偏振设置为水平方向，泵浦功率设置为2mW，此时SPDC光子的亮度为100000对/秒。下转换后的光子对经过偏振分束器（PBS）后分成信号光子和闲置光子。闲置光子经单光子探测器（SPAD）接收后产生触发CMOS相机的电信号，IsCMOS相机用来对信号光子进行成像。由于相机存在几十纳秒的内部延迟，为了确保能同时探测到闲置光和信号光，需要选用了一根85m长的单模光纤延迟信号光。此外，为了充分利用空间光调制器的有效面积，制备出高纯度的LG光束叠加态，信号光经焦距为f3=50mm和f4=100mm透镜组扩束到3mm，然后准直入射到具有1272×1024个像素元每个像素元的大小为2.5µm的反射式纯相位SLM（X13138，Hamamatsu）上来制备所需的量子态。光纤耦合器前的一对半波片HWP1和HWP2用来改变信号光的偏振，以优化SLM的衍射效率。生成LG光束叠加态的强度分布由1600×1088像素（每个像素元的大小为9µm）的时间分辨增强型相机（TRC411-S-GS-F）探测，相机位于透镜f5=500mm的焦平面上，IsCMOS相机探测到的强度分布图像用于识别制备的量子态。
由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机凭借以下优势，非常适用于量子纠缠以及量子关联成像等相关实验：
逐光IsCMOS的光学快门小于500ps，保证在时域空间精确采集到单光子关联信号；
在量子纠缠实验室中，信号光大多是近红外光，逐光IsCMOS选用GaAS第三代影像增强器，在可见光和近红外量子效率高达35%；可选双层MCP增益高达30万倍，独特的单光子计数算法，滤除读出噪声和暗噪声，确保检测单光子信号；
逐光IsCMOS采样频率高达5MHz，在与高重复频率激光器同步过程中，可以加多次信号，提高信噪比。
我们准备了多台逐光IsCMOS像增强相机可试用，欢迎致力于量子光学研究的老师们与我们联系。
