Single-photon vortex beam identification using Talbot near-field effect

Abstract

Detection of single-photon vortex using two-grating near-field Talbot effect. The weak coherent pulse (WCP) method is used for the single photon source. A vortex half-wave retarder (VHWR) is then used to generate the optical vortex. Two gratings are used as a mask to identify the states of an optical vortex before an avalanche photodiode (APD) is used as the detector. Then we can use single-photon count rates to identify charge and order of orbital angular momentum (OAM) without using an expensive single-photon image detection.

การตรวจวัดวอร์เท็กซ์ของโฟตอนเดี่ยวสามารถทำได้ด้วยการใช้ริ้วรอยการแทรกสอดของปรากฏการณ์ทาลบอตในพิสัยสนามใกล้แบบสองเกรตติง ซึ่งแหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวได้ใช้วิธีลดทอนแสงจากวงจรสัญญาณพัลส์แคบ และสร้างวอร์เท็กซ์ของแสงด้วยแผ่นสร้างวอร์เท็กซ์ (VHWR) เกรตติงสองตัวถูกใช้เพื่อแยกแยะความแตกต่างของสถานะวอร์เท็กซ์ของแสงโดยมีลักษณะเป็นเหมือนหน้ากากที่อยู่หน้าอะวาแลนซ์โฟโตไดโอด (APD) สำหรับรับสัญญาณ ด้วยวิธีนี้จึงสามารถระบุสถานะวอร์เท็กซ์ของสัญญาณจำนวนโฟตอนเดี่ยวที่นับได้ทั้งเครื่องหมายและขนาดของโมเมนตัมเชิงมุมของแสงนี้ โดยที่ไม่ต้องใช้กล้องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวราคาสูงมาก