The spatial distribution of beams with orbital angular momentum in the far field is known to be extremely sensitive to angular aberrations, such as astigmatism, coma and trefoil. This poses a challenge for conventional beam optimization strategies when a homogeneous ring intensity is required for an application. We developed a novel approach for estimating the Zernike coefficients of low-order angular aberrations in the near field based solely on the analysis of the ring deformations in the far field. A fast, iterative reconstruction of the focal ring recreates the deformations and provides insight into the wavefront deformations in the near field without relying on conventional phase retrieval approaches. The output of our algorithm can be used to optimize the focal ring, as demonstrated experimentally at the 100 TW beamline at the Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics facility.

在自由光空间通信领域，使用不同束腰半径组合的涡旋叠加光束可以在同一信道开销下传递更多信息。受大气湍流影响涡旋光束会发生相位扰动，进而影响其轨道角动量（OAM）模态识别。现有模型无法准确识别受随机大气湍流影响而发生扰动的OAM叠加光束模态。因此，提出一种基于注意力机制的深度学习识别方法。将注意力机制模块嵌入到VGG-16中，以提升模型对不同状态叠加光束模态的感知性能。另外为模拟湍流的真实状态，利用功率谱反演法模拟大气湍流，并使用次谐波补偿随机湍流屏的低频信息。同时，建立受到随机湍流影响发生相位扰动的OAM叠加光束数据集，利用该数据集训练所提模型。实验结果表明，在未知大气湍流强度条件下，对比传统方法，所提方法对OAM的识别准确率最高提升了4.46%。这表明了该模型对识别OAM叠加光束的有效性，以及良好的鲁棒性和较好的泛化能力，为识别OAM模态提供一种新的方法。

轨道角动量（OAM）是高容量光通信和超分辨成像技术的重要参数。利用惠更斯-菲涅尔原理和相干合成理论，提出了杂化偏振涡旋合成光束阵列。详细研究了涡旋、偏振、附加拓扑电荷及子光束数对输入和输出平面光束的OAM谱的影响。结果表明：子光束的数量和杂化偏振共同影响了OAM模式的最大权重，子光束数量增加会显著提升OAM谱的最大权重，但杂化偏振却不能显著提升OAM谱的最大权重。OAM谱的最大模式位置总是等于光束中心光涡旋的总拓扑数，与子光束数无关。OAM谱所有非零权重模式的位置由涡旋、偏振、附加拓扑电荷和子光束数目共同决定。本文结果对光通信与偏振成像技术有着潜在的应用价值。

As a successful case of combining deep learning with photonics, the research on optical machine learning has recently undergone rapid development. Among various optical classification frameworks, diffractive networks have been shown to have unique advantages in all-optical reasoning. As an important property of light, the orbital angular momentum (OAM) of light shows orthogonality and mode-infinity, which can enhance the ability of parallel classification in information processing. However, there have been few all-optical diffractive networks under the OAM mode encoding. Here, we report a strategy of OAM-encoded diffractive deep neural network (OAM-encoded D²NN) that encodes the spatial information of objects into the OAM spectrum of the diffracted light to perform all-optical object classification. We demonstrated three different OAM-encoded D²NNs to realize (1) single detector OAM-encoded D²NN for single task classification, (2) single detector OAM-encoded D²NN for multitask classification, and (3) multidetector OAM-encoded D²NN for repeatable multitask classification. We provide a feasible way to improve the performance of all-optical object classification and open up promising research directions for D²NN by proposing OAM-encoded D²NN.

A new type of power-exponent-phase vortex-like beams with both quadratic and cubic azimuthal phase gradients is investigated in this work. The intensity and orbital angular momentum (OAM) density distributions are noticeably different when the phase gradient increases or decreases along the azimuth angle, while the orthogonality and total OAM remain constant. The characteristics of the optical field undergo a significant change when the phase shifts from linear to nonlinear, with the variation of the power index having little impact on the beam characteristics under nonlinear phase conditions. These characteristics provide new ideas for applications such as particle manipulation, optical communications, and OAM encryption.

无线光通信系统的传输容量已趋于香农极限，而轨道角动量（OAM）这种新的横向空间维度资源的出现，可以成倍提高无线光通信网络容量和频谱效率。采用OAM相关技术可以为未来实现超高速大容量的跨场景光通信提供潜在方案。本文在对比总结了国内外OAM相关研究成果的基础上，介绍了西安理工大学在无线光通信领域中OAM技术的研究工作，主要分为OAM光束的空间产生、传输特性、分离检测、应用等方面。最后，展望了OAM技术在无线光通信领域未来的发展趋势及前景，这为后续研究者们在该领域的探索提供了新的思路和参考价值。

本文提出了均匀偏振cosh-Pearcey-Gauss 光束，其主要由双曲余弦函数(n, Ω)和偏振相关角度(α,δ)所调制。基于矢量角谱法和稳相法，研究了该光束的远场坡印廷矢量、自旋角动量和轨道角动量。研究结果表明：较大的双曲余弦函数值能将远场坡印廷矢量、自旋角动量和轨道角动量分割成多瓣抛物线结构。虽然左旋和右旋椭圆偏振不能影响整个光束结构，但却可通过调节TE和TM项的左半边和右半边的分布权重，进而分辨出光束的远场坡印廷矢量和角动量分布。本文结果对信息存储与偏振成像技术领域有着潜在的应用价值。

利用Debye积分，研究了三个相互正交的轨道角动量（包括两个正交的横向轨道角动量以及一个纵向轨道角动量）光场在紧聚焦条件下的复杂耦合现象，并演示了焦场中相位奇点在三维时空间中的演化。此外，还研究了具有不同拓扑荷数的纵向轨道角动量对聚焦波包整体轨道角动量指向的影响。数值结果表明，聚焦波包的整体轨道角动量指向可由纵向轨道角动量的拓扑荷数进行调控，进而实现紧聚焦时空波包的轨道角动量指向可控。这种角动量指向可控的时空波包在光学微操作、微纳加工、自旋-轨道耦合以及量子通信等领域具有潜在的应用价值。

光子的轨道角动量（OAM）由于理论上的无限模式数而被广泛用于提高数据传输的信道容量。由光学薄膜和亚波长结构阵列组成的超表面可以操纵光学维度，实现高性能的光子集成，而利用超表面实现OAM复用有利于光学器件向小型化、多功能化方向发展。通过设计超表面的幅度与相位分布可以实现OAM全息，将OAM与偏振、波长、角度等其他光学维度结合可以获得多自由度大容量OAM复用全息。本综述将从这些方向展开，论述近年来利用超表面实现OAM复用全息的研究进展。提高OAM复用全息的自由度并改善成像质量，实现安全性、集成度更高的光学元器件，是未来OAM全息的发展方向。

信息安全对人类社会极为重要，关系到个人和各类组织的财产与安全，因此一直以来受到人们的极大关注。其中，物理型信息安全技术因其物理载体和实现原理的多样性和隐匿性而具有极高的安全性。当前，通过引入特征尺寸小、功能丰富的光学纳米结构，物理型信息安全技术借助纳米尺度光场调控的新方法和新实践，在信息容量、安全性和功能性等方面都得到了极大提升。为厘清该领域的发展脉络与方向，本文将回顾近年来基于光学纳米结构的物理型信息安全技术的新发展，介绍该技术的基本原理、实现方法与优势特点，重点阐述其中的基于表面结构色图像、全息和轨道角动量的信息安全技术。此类信息安全技术不仅对于军用、民用机密信息防护具有重要意义，而且在商标防伪和身份认证等领域也有着巨大的应用潜能。