CN114414214A - 一种直接探测光轨道角动量的光探测器及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接探测光轨道角动量的光探测器及其探测方法。本发明基于特殊的电极结构，进行光轨道角动量的直接探测；本发明采用钽铱碲纳米片作为光的探测材料，钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，尤其是在中红外波段具有拓扑增强效应，使得响应更加灵敏，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作；同时能够用于光强度探测；本发明用于红外成像、军事侦察、夜视镜等领域，在军用设备方面有着广阔的应用前景；另外，本发明能够实现直接进行轨道角动量测量，并且这样的元器件能够拓展，跟CMOS兼容，未来能够制备集成化面阵以解决诸多问题，用于焦平面成像。

Description

一种直接探测光轨道角动量的光探测器及其探测方法

技术领域

本发明涉及光探测器，具体涉及一种直接探测光轨道角动量的光探测器及其探测方法。

背景技术

自1989年诞生以来的30多年里，涡旋光在各个领域的应用取得了许多突破，从光学操控、加工、成像、量子光学和量子通信，甚至天体物理学。巨大的进步得益于光轨道角动量的产生和操纵的快速发展。然而，在探测方面，虽然过去已经发展出了不少手段，但是这些方法一般都很复杂。其中，旋转多普勒效应测量法利用涡旋光束的旋转必将导致频移的特性，通过测量多普勒频移来确定轨道角动量量子数，但是其缺点也很明显，这种方法较难探测多模混合涡旋光，且装置复杂等；干涉测量法和衍射测量法分别引入参考光束和特殊结构的衍射光栅，通过确定干涉场和衍射场的光强分布特性来确定轨道角动量，但是，引入参考光并实现共轴干涉使得系统复杂，而衍射受光栅的结构、尺寸、衍射效率等制约较大，并且光场特性的判断较复杂等；除此以外，探测具有多模式的涡旋光束的轨道角动量谱的灰阶算法有受模式间串扰严重的问题等等。

在国际上仅有来自宾夕法尼亚大学的研究者通过光电流谱的方法，基于第二类外尔半金属材料二碲化钨制备了U型电极的器件，在近红外1微米波长处实现了对光的轨道角动量的探测。然而，该工作也具有相当的局限性，他们并没有弄清材料的轨道角动量灵敏性的物理机理与其拓扑特性是否有关，仅限于近红外波段，更没有实现任意轨道角动量甚至多轨道角动量复合光束的探测，不能分辨多角动量的叠加光束。然而，直接将光轨道角动量检测扩展到中红外波长在技术上具有挑战性，但对于广泛的光轨道角动量相关关键应用非常需要，特别是对于高性能中红外成像的片上焦平面阵列集成，这对于自动驾驶、夜视和运动检测至关重要。实现直接中红外光轨道角动量检测的主要技术障碍在于中红外的绝对光电流响应通常很差，尤其是在室温下，即使探测材料的对称性允许这种与光轨道角动量相关联的光电流响应的量子化，它也不能提供足够的信噪比来区分与光轨道角动量模式数相关联的量子化幅度。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种直接探测光轨道角动量的光探测器及其探测方法。

本发明的一个目的在于提出一种直接探测光轨道角动量的光探测器。

本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器包括：基底、钽铱碲纳米片、第一和第二探测电极以及接触电极；其中，基底的上表面不导电，在基底的上表面设置钽铱碲纳米片；在钽铱碲纳米片上分别设置第一和第二探测电极，第一和第二探测电极的形状分别为两个部分圆环形，两个圆环的半径不同，第一探测电极的内径大于第二探测电极的外径，且第一探测电极位于第二探测电极的外侧；在第一和第二探测电极的端点分别连接接触电极，第一和第二探测电极的一端分别通过接触电极连接至外部的检测电路；具有光轨道角动量的光束的形状为圆环形，光束的内径大于第二探测电极的外径，光束的外径小于第一探测电极的内径；钽铱碲纳米片的上表面与第一探测电极和第二探测电极相接触；

具有光轨道角动量且偏振态为圆偏振的光束垂直照射至钽铱碲纳米片上，圆环形的光束部分位于第一和第二探测电极之间；由于光束具有光轨道角动量，因此光学相位在方位角方向变化，使得光束产生螺旋相位梯度；同时，具有光轨道角动量的光束携带平行于光束传播方向的磁场，对于钽铱碲纳米片为面外磁场，具有自旋角动量的光束携带垂直于光束传播方向的电场，电场方向即为偏振方向，电场方向对于钽铱碲纳米片为面内的，即具有面内电场，光束垂直入射至钽铱碲纳米片，面内电场和面外磁场共同引起钽铱碲纳米片中的载流子的空间不平衡，从而在钽铱碲纳米片内产生净电流；净电流具有沿着螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个分量；净电流的方向与面内电场的偏振方向相关，将照射光束的偏振态由左圆偏振或右圆偏振变为右圆偏振或左圆偏振，此净电流将发生反向；净电流的大小与面外磁场随螺旋相位梯度变化的部分成正比，因此当光轨道角动量的量子数变化时，净电流的大小也随之变化，当光轨道角动量的量子数反转符号时，净电流的方向也发生反向；第一和第二探测电极收集光束垂直照射至钽铱碲纳米片上产生的光电流，光电流包括垂直于螺旋相位梯度的净电流，第一和第二探测电极将收集到的光电流转换为电信号传输至外部的检测电路，电信号中不仅包括光电流对应部分还包括电学噪声，外部的检测电路去除电信号中的电学噪声得到光电流对应部分，然后从光电流中提取出净电流，得到净电流的大小和方向，从而得到光轨道角动量的信息；钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作。

外部的检测电路包括：前置放大器、锁相放大器、光学斩波器、四分之一波片和计算机；其中，第一和第二探测电极通过接触电极连接至前置放大器，前置放大器连接至锁相放大器，锁相放大器连接光学斩波器；锁相放大器连接至计算机；光束进入光学斩波器，光学斩波器以设定频率对光束进行调制，并将调制频率输送至锁相放大器；光束经过光学斩波器后，进入至四分之一波片；四分之一波片转换入射光束的偏振状态，前置放大器将来自第一和第二探测电极的电信号进行放大，锁相放大器根据光学斩波器提供的调制频率，将电信号中的光电流对应部分和电学噪声分开，输出光电流对应部分至计算机；计算机进行快速傅里叶变换，从光电流中提取出净电流。

钽铱碲纳米片的光轨道角动量的光电探测，在中红外4微米波段具有极强的响应。

基底采用不导电的材料，进一步包括下层的衬底以及衬底上的不导电层。

第一和第二探测电极采用单层的导电金属层Au、Al或Cu；或者包括两层，在过渡金属层的表面再形成导电金属层，过渡金属层为过渡层和晶格适配的作用，使得导电金属层更牢固的粘在基底的表面上。

自旋角动量是光束自有的性质，光子的动量分为线动量和角动量，其中角动量分为自旋角动量和光轨道角动量，自旋角动量与光的电场方向密切相关。

本发明的另一个目的在于提出一种直接探测光轨道角动量的光探测器的探测方法。

本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器的探测方法，包括以下步骤：

1)光探测器设置：

a)提供基底，基底的上表面不导电；

b)在基底的上表面设置钽铱碲纳米片；

c)在钽铱碲纳米片上分别设置第一和第二探测电极，第一和第二探测电极的形状分别为两个部分圆环形，第一探测电极的半径大于第二探测电极的半径，且第一探测电极位于第二探测电极的外侧；

d)在第一和第二探测电极的端点分别连接接触电极，第一和第二探测电极的一端分别通过接触电极连接至外部的检测电路；

e)具有光轨道角动量的光束的形状为圆环形，光束的内径大于第一探测电极的外径，光束的外径小于第二探测电极的内径；

f)钽铱碲纳米片与第一探测电极和第二探测电极相接触；

2)具有光轨道角动量且偏振态为圆偏振的光束垂直照射至钽铱碲纳米片上，圆环形的光束部分位于第一和第二探测电极之间；

3)由于光束具有光轨道角动量，因此光学相位在方位角方向变化，使得光束产生螺旋相位梯度；同时，具有光轨道角动量的光束携带平行于光束传播方向的磁场，对于钽铱碲纳米片为面外磁场，具有自旋角动量的光束携带垂直于光束传播方向的电场，电场方向即为偏振方向，电场方向对于钽铱碲纳米片为面内的，即具有面内电场，光束垂直入射至钽铱碲纳米片，面内电场和面外磁场共同引起钽铱碲纳米片中的载流子的空间不平衡，从而在钽铱碲纳米片内产生净电流；

4)净电流具有沿着螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个分量；净电流的方向与面内电场的偏振方向相关，将照射光束的偏振态由左圆偏振或右圆偏振变为右圆偏振或左圆偏振，此净电流将发生反向；净电流的大小与面外磁场随螺旋相位梯度变化的部分成正比，因此当光轨道角动量的量子数变化时，净电流的大小也随之变化，当光轨道角动量的量子数反转符号时，净电流的方向也发生反向；

5)第一和第二探测电极收集光束垂直照射至钽铱碲纳米片上产生的光电流，光电流包括垂直于螺旋相位梯度的净电流，第一和第二探测电极将收集到的光电流转换为电信号传输至外部的检测电路，电信号中不仅包括光电流对应部分还包括电学噪声，外部的检测电路去除电信号中的电学噪声得到光电流对应部分，然后从光电流中提取出净电流，得到净电流的大小和方向，从而得到光轨道角动量的信息；钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，

室温和低温均工作。

其中，在步骤5)中，前置放大器将来自第一和第二探测电极的电信号进行放大，锁相放大器根据光学斩波器提供的调制频率，将电信号中的光电流对应部分和电学噪声分开，输出光电流对应部分至计算机；计算机进行快速傅里叶变换，从光电流中提取出净电流。

本发明的优点：

本发明基于特殊的电极结构，进行光轨道角动量的直接探测；本发明采用钽铱碲纳米片作为光的探测材料，钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，尤其是在中红外波段具有拓扑增强效应，使得响应更加灵敏，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作；本探测器同时也可以用于光强度探测；本发明的探测器可用于红外成像、军事侦察、夜视镜等领域，在军用设备方面有着广阔的应用前景；另外需要特别指出的是，基于本材料的光探测器特点是可以实现直接的光轨道角动量测量，并且这样的元器件可以拓展，跟CMOS兼容，未来可以制备集成化面阵以解决诸多问题，用于焦平面成像。

附图说明

图1为本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器的一个实施例的示意图；

图2为具有圆偏振的涡旋光照射在本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器的位置的示意图；

图3为具有圆偏振的涡旋光照射在本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器后产生的光轨道角动量依赖净电流的方向的示意图；

图4为本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器外接检测装置的一个实施例的结构框图；

图5为根据本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器的一个实施例在具有不同光轨道角动量的入射光照射的情况下产生的净电流的示意图；

图6为根据本发明的直接探测光轨道角动量的光探测器在具有不同光轨道角动量的入射光照射的情况下产生的净电流的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的直接探测光轨道角动量的光探测器包括：基底1、钽铱碲纳米片2、第一探测电极3、第二探测电极4和接触电极，通过接触电极连接至外电路第一金属电极和第二金属电极；其中，基底1的上表面不导电，在基底1的上表面设置钽铱碲纳米片2；在钽铱碲纳米片2上分别设置第一和第二探测电极4，第一和第二探测电极4的形状分别为两个半圆环形，两个半圆环的半径不同，中心重合并且正对，收集效率高最高，在第一和第二探测电极4的两端分别连接接触电极，第一和第二探测电极4相对的一端分别通过接触电极连接至外部的检测电路A；具有光轨道角动量的光束5的形状为圆环形，光束的内径大于第二探测电极4的外径，光束的外径小于第一探测电极3的内径；钽铱碲纳米片2的上表面与第一探测电极3和第二探测电极4相接触。

在本实施例中，基底1包括高掺杂硅衬底和位于其上的绝缘层，绝缘层为300nm厚的二氧化硅SiO₂，高掺杂硅导电层采用P型掺杂或N型掺杂；第一探测电极33和第二探测电极44包括两层，下层过渡金属层为Ti，厚度5～10nm，上层导电金属层为Au，厚度100～300nm。钽铱碲纳米的厚度为150nm。

如图2所示，具有光轨道角动量的光束5照射在钽铱碲纳米片2上，位于第一探测电极3和第二探测电极4之间。

如图3所示，具有圆偏振的涡旋光照射后，探测器将会产生沿着光束螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个方向的电流，有效地收集垂直于螺旋相位梯度方向的电流。涡旋光是指具有光轨道角动量的光束。

如图4所示，外部的检测装置包括：前置放大器、锁相放大器、光学斩波器、四分之一波片和计算机；其中，第一和第二探测电极4通过接触电极连接至前置放大器，前置放大器连接至锁相放大器，锁相放大器连接光学斩波器；锁相放大器连接至计算机；光束进入光学斩波器，光学斩波器以设定频率对光束进行调制，并将调制频率输送至锁相放大器；光束经过光学斩波器后，进入至四分之一波片；四分之一波片转换入射光束的偏振状态，前置放大器将来自第一和第二探测电极4的电信号进行放大，锁相放大器根据光学斩波器提供的调制频率，将电信号中的光电流对应部分和电学噪声分开，输出光电流对应部分至计算机；计算机进行快速傅里叶变换，从光电流中提取出净电流。

先通过四分之一波片确定自旋角动量的方向，如附图4所示，光轨道角动量为正，波片处于45度时的电流大于135度的电流，反之，光轨道角动量为负，波片处于45度时的电流小于135度的电流。

本实施例的直接探测光轨道角动量的光探测器的探测方法，包括以下步骤：

1)光探测器设置，如图1所示；

2)具有光轨道角动量且偏振态为圆偏振的光束垂直照射至钽铱碲纳米片2上，圆环形的光束一半位于第一和第二探测电极4之间，如图2所示；

3)由于光束具有光轨道角动量，因此光学相位在方位角方向变化，使得光束产生螺旋相位梯度；同时，具有光轨道角动量的光束携带平行于光束传播方向的磁场，对于钽铱碲纳米片2为面外磁场，具有自旋角动量的光束携带垂直于光束传播方向的电场，电场方向即为偏振方向，电场方向对于钽铱碲纳米片2为面内的，即具有面内电场，光束垂直入射至钽铱碲纳米片2，面内电场和面外磁场共同引起钽铱碲纳米片2中的载流子的空间不平衡，从而在钽铱碲纳米片2内产生净电流；

4)净电流具有沿着螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个分量，如图3所示；净电流的方向与面内电场的偏振方向相关，将照射光束的偏振态由左圆偏振或右圆偏振变为右圆偏振或左圆偏振，此净电流将发生反向；净电流的大小与面外磁场随螺旋相位梯度变化的部分成正比，因此当光轨道角动量的量子数变化时，净电流的大小也随之变化，当光轨道角动量的量子数反转符号时，净电流的方向也发生反向；

5)第一和第二探测电极4收集光束垂直照射至钽铱碲纳米片2上产生的光电流，光电流包括垂直于螺旋相位梯度的净电流，第一和第二探测电极4将收集到的光电流转换为电信号传输至外部的检测电路，电信号中不仅包括光电流对应部分还包括电学噪声，外部的检测电路去除电信号中的电学噪声得到光电流对应部分，然后从光电流中提取出净电流，得到净电流的大小和方向，从而得到光轨道角动量的信息；钽铱碲纳米片2为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作。

图5示出了使用根据本发明的光探测器对不同光轨道角动量OAM的入射光进行探测的净电流响应图。如图5所示，六种入射光的光轨道角动量OAM分别为+4、+2、+1、-4、-2、-1。当入射光束偏振态由左圆偏振(对应波片角度为45度)转换为右圆偏振(对应波片角度为135度)时净电流响应发生变化。在光轨道角动量为正值时，左圆偏振光产生的净电流比右圆偏振光产生的净电流大，反之在光轨道角动量为负值时，左圆偏振光产生的净电流比右圆偏振光产生的净电流小；并且，光轨道角动量量子数越大，左圆偏振光产生的净电流比右圆偏振光产生的净电流之间的差值约大。这说明直接探测光轨道角动量的光探测器适合可见光波段、1.55微米的近红外通讯波段以及10.6微米的中红外波段，并且其灵敏度高。值得指出的是，人体正常体温约为310K，人体发射的红外线波长在9.6微米附近，该波长和该示例性实验中采用的10.6微米的激光波长非常接近。这说明根据本发明的光探测器能够用于红外成像、军事侦察、夜视镜等领域，在军用设备方面有着广阔的应用前景。另外需要特别指出的是，基于钽铱碲纳米片2的光探测器不需要提供偏置电压即可产生相当高的净电流响应，并且暗电流非常低，而且基于本材料的光探测器也不需要提供低温环境(例如液态氮降温)，在室温下即可使用，这些将非常有助于探测器的微型化和经济化。

图6示出了根据本发明的光探测器在具有不同光轨道角动量的入射光照射的情况下产生的净电流的示意图。如图6所示，净电流与入射光的光轨道角动量的量子数成正比。光轨道角动量越大，净电流越大；光轨道角动量反号，净电流也随之反号。光轨道角动量的量子化响应在探测光轨道角动量的应用中十分重要。另外，光轨道角动量探测功能和一般的光强探测功能能够同时进行。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种直接探测光轨道角动量的光探测器，其特征在于，所述直接探测光轨道角动量的光探测器包括：基底、钽铱碲纳米片、第一和第二探测电极以及接触电极；其中，基底的上表面不导电，在基底的上表面设置钽铱碲纳米片；在钽铱碲纳米片上分别设置第一和第二探测电极，第一和第二探测电极的形状分别为两个部分圆环形，两个圆环的半径不同，第一探测电极的内径大于第二探测电极的外径，且第一探测电极位于第二探测电极的外侧；在第一和第二探测电极的端点分别连接接触电极，第一和第二探测电极的一端分别通过接触电极连接至外部的检测电路；具有光轨道角动量的光束的形状为圆环形，光束的内径大于第二探测电极的外径，光束的外径小于第一探测电极的内径；钽铱碲纳米片的上表面与第一探测电极和第二探测电极相接触；

具有光轨道角动量且偏振态为圆偏振的光束垂直照射至钽铱碲纳米片上，圆环形的光束部分位于第一和第二探测电极之间；由于光束具有光轨道角动量，因此光学相位在方位角方向变化，使得光束产生螺旋相位梯度；同时，具有光轨道角动量的光束携带平行于光束传播方向的磁场，对于钽铱碲纳米片为面外磁场，具有自旋角动量的光束携带垂直于光束传播方向的电场，电场方向即为偏振方向，电场方向对于钽铱碲纳米片为面内的，即具有面内电场，光束垂直入射至钽铱碲纳米片，面内电场和面外磁场共同引起钽铱碲纳米片中的载流子的空间不平衡，从而在钽铱碲纳米片内产生净电流；净电流具有沿着螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个分量；净电流的方向与面内电场的偏振方向相关，将照射光束的偏振态由左圆偏振或右圆偏振变为右圆偏振或左圆偏振，此净电流将发生反向；净电流的大小与面外磁场随螺旋相位梯度变化的部分成正比，因此当光轨道角动量的量子数变化时，净电流的大小也随之变化，当光轨道角动量的量子数反转符号时，净电流的方向也发生反向；第一和第二探测电极收集光束垂直照射至钽铱碲纳米片上产生的光电流，光电流包括垂直于螺旋相位梯度的净电流，第一和第二探测电极将收集到的光电流转换为电信号传输至外部的检测电路，电信号中不仅包括光电流对应部分还包括电学噪声，外部的检测电路去除电信号中的电学噪声得到光电流对应部分，然后从光电流中提取出净电流，得到净电流的大小和方向，从而得到光轨道角动量的信息；钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作。

2.如权利要求1所述的直接探测光轨道角动量的光探测器，其特征在于，所述外部的检测电路包括：前置放大器、锁相放大器、光学斩波器、四分之一波片和计算机；其中，第一和第二探测电极通过接触电极连接至前置放大器，前置放大器连接至锁相放大器，锁相放大器连接光学斩波器；锁相放大器连接至计算机；光束进入光学斩波器，光学斩波器以设定频率对光束进行调制，并将调制频率输送至锁相放大器；光束经过光学斩波器后，进入至四分之一波片；四分之一波片转换入射光束的偏振状态，前置放大器将来自第一和第二探测电极的电信号进行放大，锁相放大器根据光学斩波器提供的调制频率，将电信号中的光电流对应部分和电学噪声分开，输出光电流对应部分至计算机；计算机进行快速傅里叶变换，从光电流中提取出净电流。

3.如权利要求1所述的直接探测光轨道角动量的光探测器，其特征在于，所述第一和第二探测电极采用单层的导电金属层；或者包括过渡金属层和导电金属层两层，在过渡金属层的表面再形成导电金属层。

4.如权利要求1所述的直接探测光轨道角动量的光探测器，其特征在于，所述第一和第二探测电极的单层的导电金属层采用Au、Al或Cu。

5.一种如权利要求1所述的直接探测光轨道角动量的光探测器的探测方法，其特征在于，所述探测方法包括以下步骤：

1)光探测器设置：

a)提供基底，基底的上表面不导电；

b)在基底的上表面设置钽铱碲纳米片；

c)在钽铱碲纳米片上分别设置第一和第二探测电极，第一和第二探测电极的形状分别为两个部分圆环形，第一探测电极的半径大于第二探测电极的半径，且第一探测电极位于第二探测电极的外侧；

d)在第一和第二探测电极的端点分别连接接触电极，第一和第二探测电极的一端分别通过接触电极连接至外部的检测电路；

e)具有光轨道角动量的光束的形状为圆环形，光束的内径大于第一探测电极的外径，光束的外径小于第二探测电极的内径；

f)钽铱碲纳米片与第一探测电极和第二探测电极相接触；

2)具有光轨道角动量且偏振态为圆偏振的光束垂直照射至钽铱碲纳米片上，圆环形的光束部分位于第一和第二探测电极之间；

3)由于光束具有光轨道角动量，因此光学相位在方位角方向变化，使得光束产生螺旋相位梯度；同时，具有光轨道角动量的光束携带平行于光束传播方向的磁场，对于钽铱碲纳米片为面外磁场，具有自旋角动量的光束携带垂直于光束传播方向的电场，电场方向即为偏振方向，电场方向对于钽铱碲纳米片为面内的，即具有面内电场，光束垂直入射至钽铱碲纳米片，面内电场和面外磁场共同引起钽铱碲纳米片中的载流子的空间不平衡，从而在钽铱碲纳米片内产生净电流；

4)净电流具有沿着螺旋相位梯度和垂直于螺旋相位梯度两个分量；净电流的方向与面内电场的偏振方向相关，将照射光束的偏振态由左圆偏振或右圆偏振变为右圆偏振或左圆偏振，此净电流将发生反向；净电流的大小与面外磁场随螺旋相位梯度变化的部分成正比，因此当光轨道角动量的量子数变化时，净电流的大小也随之变化，当光轨道角动量的量子数反转符号时，净电流的方向也发生反向；

5)第一和第二探测电极收集光束垂直照射至钽铱碲纳米片上产生的光电流，光电流包括垂直于螺旋相位梯度的净电流，第一和第二探测电极将收集到的光电流转换为电信号传输至外部的检测电路，电信号中不仅包括光电流对应部分还包括电学噪声，外部的检测电路去除电信号中的电学噪声得到光电流对应部分，然后从光电流中提取出净电流，得到净电流的大小和方向，从而得到光轨道角动量的信息；钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作。

6.如权利要求5所述的探测方法，其特征在于，在步骤5)中，前置放大器将来自第一和第二探测电极的电信号进行放大，锁相放大器根据光学斩波器提供的调制频率，将电信号中的光电流对应部分和电学噪声分开，输出光电流对应部分至计算机；计算机进行快速傅里叶变换，从光电流中提取出净电流。

Images