18、轨道角动量：量子力学的试验场

轨道角动量：量子力学的试验场

1 空间光调制器的作用

空间光调制器（SLM）的使用让光源和探测器变得更加灵活。它是一个可编程的液晶阵列，可用于指定所需全息图的相位。通过这种方式，任何空间模式都能被测量。同时，它在对准方面也十分便捷，一旦安装到位，改变待测量的状态只需重新编程显示在 SLM 上的全息图，无需重新对准。

例如，全息图可以反向操作，将螺旋相位光束转换为高斯光束，该高斯光束可与单模光纤和单光子探测器耦合。使用 SLM 增加了可测量和生成的空间模式的灵活性。

2 量子力学在轨道角动量态空间的测试

2.1 实验设置

实验的通用设置如下：用 355nm 的紫外光束泵浦β - 硼酸钡（BBO）晶体，通过自发参量下转换产生纠缠光子对。信号光子和闲频光子通过全息图（在 SLM 上编程）和连接到单光子探测器的单模光纤的组合，被投影到所需的测量状态。探测器的输出连接到一个具有 10ns 时间窗口的符合计数电路。本质上，只需重新编程 SLM 就能进行不同的量子力学测试。

2.2 与偏振的类比

早期对单光子相关性的测量基于线性位置 - 动量和偏振。从原子级联跃迁发射的单光子的偏振测量为量子相关性的实验测试铺平了道路。级联中两个光子的偏振，单独检查时是随机的，但对于任何给定的一对光子，它们是高度相关的（例如，总是相反）。轨道角动量（OAM）也是如此，单个光子可以有任何 OAM 值，但对于任何给定的一对光子，其值是相反的。这些相关性即使在测量时光子在空间上分离时仍然存在，表明存在非局域相关性。

通过违反贝尔不等式可以对量子纠缠进行严格测试，从而否定了局域隐变量理论对实验中获得的相关性的