[發明專利]基于螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖及其制備方法

有效

• 申請號: 201310030066.0
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103969738B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 苑立波;鄧洪昌
• 申請（專利權）人: 無錫萬潤光子技術有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;C03B37/025
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明屬于光纖技術領域，具體涉及一種基于螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖及其制備方法。

(二)背景技術

渦旋光束的一個顯著特征是具有軌道角動量(Physical Review A，1992，45(11)：8185-8189)，因此近年來被廣泛研究，并在通信、光鑷、原子操縱和顯微技術中得到了極大應用。生成渦旋光束的最常見方法是使用空間光調制器(OpticsExpress，2008，16(21)：16984-16992)，然而空間光調制器一般體積龐大，價格昂貴，并且需要在自由空間中實現光耦合，這樣就帶來許多不便。

而基于光纖的渦旋光生成器則在遠程交互和緊密型渦旋光器件的實現上更具優勢。研究者們使用聲學長周期光柵(Physical Review Letters，2006，96(4)：43604)或者利用在多模光纖中的誘導壓力(Applied Optics，1998，37(3)：469-472)實現了渦旋光傳輸模式。然而在光纖中模式耦合會破壞軌道角動量模式，從而導致多路干涉。在絕大多數多模光纖中，TE/TM模式和需要的HE₂₁模式是共存的，這樣它們經過模式耦合會在輸出端生成線性偏振模式(LP模式)，LP模式并不是光纖真正的本征模式，它也不能攜帶軌道角動量。因此，文獻(Optics Letters，2012，37(13)：2451-2453)報道了利用微彎光柵來消弱高階LP₁₁模式的生成，進而把輸入模式轉化為所需要的HE₂₁模式，最終生成高純度的渦旋光束。

美國專利(US20080101754)和歐洲專利(EP1705503B1)提出了一種纖芯折射率僅隨方位角變化的梯度折射率光纖，這種光纖可看成是縱向伸長的空間相位板，利用該光纖即可生成渦旋光束。雖然該渦旋光束生成器結構極為簡單，但是制備這種光纖卻非常困難，因此本發明提出了一種新型螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖，這種渦旋光纖制備比較容易，可產生類渦旋光束。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種可生成渦旋光傳輸模式的基于螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖及其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

渦旋光束的一個顯著特征是具有軌道角動量，為了得到軌道角動量，光纖必須攜帶更高階模式，例如，相移為±π/2的兩個HE₂₁模式的線性組合即可實現軌道角動量模式。由于本發明的螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖單螺旋空氣孔，這種不對稱的光纖結構就可產生不對稱的應力雙折射，并且由于空氣孔呈螺旋狀，因此在光纖纖芯縱向，這種不對稱應力雙折射呈現螺旋分布，因而當光波輸入到該光纖后，會形成徑向相位差，從而使傳導光波獲得軌道角動量，形成渦旋光傳輸模式，產生一種類渦旋光束。

與現有技術相比，本發明的優點為：

1、螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖的制備簡單，可直接由打孔之后的光纖預制棒旋轉拉制而成。

2、螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖的單螺旋空氣孔分布函數在制備過程中是可控的，最終可實現對生成類渦旋光束特征的控制。

3、螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖的空間柔韌性極好，因此可以選擇在任意合適的位置和方向上輸出類渦旋光束，便于在微粒操控和傳感上的應用。

(四)附圖說明

圖1是螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(偏孔位于纖芯一側)示意圖；

圖2是圖1所示光纖的橫截面示意圖；

圖3是圖1所示光纖的應力雙折射(a)三維和(b)二維示意圖；

圖4是圖1所示光纖的光強傳輸示意圖；

圖5是圖1所示光纖在(a)Z＝1000μm、(b)Z＝1100μm、(c)Z＝1200μm和(d)Z＝1300μm橫截面處的相位分布圖；

圖6是帶有芯的光纖預制棒示意圖；

圖7是打孔之后的帶芯光纖預制棒示意圖；

圖8是螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(偏孔位于纖芯一側)的制備示意圖；

圖9是螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(纖芯部分融嵌于偏孔內壁的包層中)示意圖；

圖10是圖9所示光纖的橫截面示意圖；

圖11是打孔之后的包層預制棒示意圖；

圖12是螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(纖芯部分融嵌于偏孔內壁的包層中)的制備示意圖

圖13是帶光源的尾纖與螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(偏孔位于纖芯一側)的連接示意圖。

圖14是帶光源的尾纖與螺旋偏孔融嵌芯渦旋光纖(纖芯部分融嵌于偏孔內壁的包層中)的連接示意圖。

(五)具體實施方式